高中物理原子与原子核知识点总结(必修三)

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高中物理原子与原子核知识点总结(必修三)

原子、原子核 这一章虽然不是重点,但是高考选择题也会涉及到,其实只要记

住模型和方程式,就不会在做题上出错,下面的一些总结希望对大家有所帮助.

卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说,玻尔把量

子说引入到核式结构模型之中,建立了以下三个假说为主要内容的玻尔

理论.认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的,发现质子的核

反应是认识原子核结构的突破点.裂变和聚变是获取核能的两个重要途

径.裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程。

整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模

型)；六子(电子、质子、中子、正电子、 粒子、 光子)；四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。

4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全

章。

1.汤姆生模型(枣糕模型) 汤姆生发现电子，使人们认识到原子有复杂

结构。从而打开原子的大门.

2.卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现

象,从而总结出核式结构学说

α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数α

粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了

较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。

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卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原

子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的

电子在核外空间运动。

由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是

10-15m。

而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾：①原子是否稳定,②其发出

的光谱是否连续

3.玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数)玻

尔补充三条假设

⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然

绕核运转,但不会向外辐射能量。

(本假设是针对原子稳定性提出的)

⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率

的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出) ( )

辐射(吸收)光子的能量为hf＝E初-E末

氢原子跃迁的光谱线问题[一群氢原子可能辐射的光谱线条数为 ]。

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[ (大量)处于n激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式]

⑶能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的

不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是

不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的)

(针对原子核式模型提出，是能级假设的补充)

氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是:

【说明】氢原子跃迁

① 轨道量子化rn=nr1(n＝1,2.3 ) r1=0.53×10m

能量量子化： E1=－13.6eV

②

③氢原子跃迁时应明确：

一个氢原子 直接跃迁 向高能级跃迁，吸收光子 一般光

子 某一频率光子

一群氢原子 各种可能跃迁 向低能级跃迁 放出光子 可见光

子 一系列频率光子

④氢原子吸收光子时——要么全部吸收光子能量，要么不吸收光子

1光子能量大于电子跃迁到无穷远处(电离)需要的能量时，该光子可被

吸收。

(即：光子和原于作用而使原子电离) 2-10

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2光子能量小于电子跃迁到无穷远处(电离)需要的能量时,则只有能量

等于两个能级差的光子才能被吸收。

(受跃迁条件限： 只适用于光于和原于作用使原于在各定态之间跃迁的

情况)。

⑤氢原子吸收外来电子能量时——可以部分吸收外来碰撞电子的能量

（实物粒子作用而使原子激发）。

因此，能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸收，从而使氢原子

跃迁。

E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2； (有规律可依)

E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89； E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31

⑶玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子

化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经

典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原

子的光谱上都遇到很大的困难。

氢原子在n能级的动能、势能，总能量的关系是：EP=－2EK，E=EK+EP=

－EK。(类似于卫星模型)

由高能级到低能级时，动能增加，势能降低，且势能的降低量是动能增

加量的2倍，故总能量(负值)降低。

量子数

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1.天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。

核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变(用电磁场研究)：

2.各种放射线的性质比较

三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比

较：

四种核反应类型(衰变,人工核转变,重核裂变,轻核骤变)

⑴衰变： α衰变： (实质：核内 )α衰变形成外切(同方向旋)， β衰变： (实质：核内的中子转变成了质子和中子)β衰变形成内切(相反方向

旋)，且大圆为α、β粒子径迹。

+β衰变：（核内）

γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能

级。

⑵人工转变：

(发现质子的核反应)(卢瑟福)用α粒子轰击氮核,并预言中子的存

在

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(发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的α射线轰击铍 (人工制造放射性同位素)

正电子的发现(约里奥居里和伊丽芙居里夫妇)α粒子轰击铝箔 ⑶重核的裂变：

在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。

⑷轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）

所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）

核能计算方法有三：①由 (△m单位为“kg”)计算；

②由△E=931.5△m(△m 单位为“u”)计算；③借助动量守恒和能量守恒计算。

2.半衰期

放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）

计算式为： N表示核的个数 ，此式也可以演变成 或 ，式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。

半衰期(由核内部本身的因素决定,与物理和化学状态无关)、 同位素等重要概念 放射性标志

3.放射性同位素的应用

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⑴利用其射线：α射线电离性强,用于使空气电离,将静电泄出,从而消除有害静电。γ射线贯穿性强,可用于金属探伤,也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变,可用于生物工程，基因工程。 ⑵作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。

⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。

高考对本章的考查：以α粒子散射实验、原子光谱为实验基础的卢瑟福原子核式结构学说和玻尔原子理论，各种核变化和与之相关的核反应方程、核能计算等。

在核反应中遵循电荷数守恒和质量数守恒，在微观世界中动量守恒定律同样适用。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1xm1.html