第十三章动量近代物理初步【选修3-5】第3节原子结构和与原子核

课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束第3节原子结构和与原子核课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。()(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。()(2)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。()(5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。()√√√××课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。()(8)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。()×√(7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。()×(9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。()×课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束要点一原子的核式结构1．汤姆孙原子模(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子则一粒粒镶嵌在球内。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束2．α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置图13­3­1(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束3．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束(2)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。(3)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束[多角练通]1．(2011·天津高考)下列能揭示原子具有核式结构的实验是()A．光电效应实验B．伦琴射线的发现C．α粒子散射实验D．氢原子光谱的发现解析：光电效应实验说明光具有粒子性，伦琴射线的发现说明X射线是一种比光波波长更短的电磁波，氢原子光谱的发现促进了氢原子模型的提出。故C正确。答案：C课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束2．(2013·福建高考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()图13­3­2课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束解析：本题考查卢瑟福α粒子散射实验，意在考查考生对该实验的认识。α粒子与原子核均带正电荷，所以α粒子受到原子核的作用力为斥力，据此可排除选项A、D；α粒子不可能先受到吸引力，再受到排斥力，选项B错误。答案：C课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束3．如图13­3­3是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转图13­3­3课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束答案：A解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束要点二能级跃迁1．对氢原子能级图的理解(1)能级图如图13­3­4所示。图13­3­4课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束(2)能级图中相关量意义的说明：表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En带箭头的竖线表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小相邻横线间的距离表示氢原子的能量横线右端的数字“－13.6，－3.4…”表示量子数横线左端的数字“1,2,3…”表示氢原子可能的能量状态——定态能级图中的横线意义相关量课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束2．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。光子的频率ν＝ΔEh＝E高－E低h。(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE。②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。①用数学中的组合知识求解：N＝Cn2＝nn－12。②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束[多角练通]1．原子从一个高能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。例如在某种条件下，铬原子的n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为En＝－An2，式中n＝1,2,3，……表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是()A.316AB.716AC.1116AD.1316A课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束解析：先计算铬原子的n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时应释放的能量：ΔE＝E2－E1＝－A4＋A＝34A。n＝4能级上的电子要电离所需的能量E4＝116A，则n＝4能级上的电子得到ΔE的能量后，首先需要能量使之电离，然后多余的能量以动能的形式存在，所以Ek＝ΔE－E4＝1116A，选项C正确。答案：C课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束2．(多选)(2014·山东高考)氢原子能级如图13­3­5，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是()A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级图13­3­5课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束解析：根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确。答案：CD课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束3．(2015·浙江自选模块)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图13­3­6所示。当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出频率为________Hz的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为________eV。(电子电荷量e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)图13­3­6课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束解析：氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子的能量为E＝－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV，由hν＝E解得光子的频率ν＝6.2×1014Hz。用此光照射逸出功为2.25eV的钾时，由光电效应方程知，产生光电子的最大初动能为Ek＝hν－W＝(2.55－2.25)eV＝0.30eV。答案：6.2×10140.30课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束要点三原子核的衰变规律1．放射性元素具有放射性的元素称为放射性元素，原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线，它们放射出来的射线共有α射线、β射线、γ射线三种。课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束2．三种射线的比较静止质量为零质量0－e2e带电荷量光子流(高频电磁波)高速电子流高速氦核流组成γ射线β射线α射线种类4mp，mp＝1.67×10－27kgmp1836课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束很弱较弱很强对空气的电离作用最强，能穿透几厘米的铅板较强，能穿透几毫米的铝板最弱，用纸能挡住贯穿本领不偏转与α射线反向偏转偏转在电磁场中c(光速)0.99c0.1c速度γ射线β射线α射线种类课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品牌品质赢得未来物理结束3．α衰变、β衰变的比较1个中子转化为1个质子和1个电子2个质子和2个中子结合成一个整体射出衰变实质衰变方程β衰变α衰变衰变类型AZX→A4Z2Y＋42HeAZX→AZ+1Y＋01e211H＋210n→42He10n→11H＋01e课前基础·简要回顾课堂释疑·一站突破课后演练·对点设计第3节原子结构和与原子核质量铸就品