高考物理大一轮复习专题原子结构和原子核课件.ppt

第4讲,原子结构和原子核,一、卢瑟福核式结构模型,1.汤姆生的“枣糕”模型,汤姆生,均匀,(1)1897 年，_发现电子，提出原子的“枣糕”模 型，揭开了人类研究原子结构的序幕. (2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷_分布 在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里.,2.卢瑟福的核式结构模型 (1)粒子散射实验装置：如图 11-4-1 所示. 图 11-4-1,(2)粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析,绝大多数,大,90,空隙,(3)原子核式结构模型,原子核,正,质量,在原子的中心有一个很小的核，叫_. 原子的全部_电荷和几乎全部的_都集中在原,子核里.,旋转,核子,质量,质子,带负电的电子在核外空间里绕着核_. (4)原子核大小：从粒子散射实验的数据估算出原子核的 半径约为10151014 m(原子的半径约为1010 m). 3.质子和中子统称_，原子核的电荷数等于其质子 数，原子核的_数等于其质子数与中子数之和.具有相同 _数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同,的中子数的原子互称_.,同位素,【基础检测】 1.(多选)如图 11-4-2 所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散 射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的 A、,),B、C、D 四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是( 图 11-4-2,A.放在 A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在 B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比,A 位置时稍少些,C.放在 C、D 位置时，屏上观察不到闪光,D.放在 D 位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 解析：根据粒子散射现象，绝大多数粒子沿原方向前进，,少数粒子发生较大偏转，A、B、D 正确.,答案：ABD,二、玻尔原子模型与原子光谱 1.玻尔原子模型 为解决原子核结构的稳定性和原子发光的不连续性问题，,玻尔提出了三条假设：,量子化,能量,稳定,(1)轨道假设：轨道是_的，其半径只能是某些分,立的值.,能量,辐射,吸收,能级差,(2)定态假设：不同的轨道对应着不同的_状态，这 些状态中原子是_的，不向外辐射能量. (3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的_， 从一个定态向另一个定态跃迁时要_或_一定 频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的_.,2.能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是_的， 因此各状态对应的能量也是_的，这些能量值叫能级. 3.基态与激发态：能量_状态叫做基态；其他能,量状态叫激发态.,不连续,不连续,最低的,4.光子的辐射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时要 _光子，由基态向激发态跃迁时要_光子.光子的频 率与能级的关系为_.,辐射,吸收,hEmEn,5.原子光谱,(1)光谱分析：利用元素的特征谱线(线状谱)分析和确定物,质的组成成分.,(2)氢原子光谱的实验规律：,【基础检测】,2.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( ) A.吸收光子的能量为h1h2 B.辐射光子的能量为h1h2 C.吸收光子的能量为h2h1 D.辐射光子的能量为h2h1,答案：D,解析：氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率2大于红光的频率1，所以h2h1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为h2h1.故选项D正确.,三、原子核,1.天然放射现象的发现,贝克勒尔,83,83,(1)_发现天然放射现象，使人们认识到原子核 也有复杂结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕. (2)通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于或 等于_的所有天然存在的元素都具有放射性，原子序数小于 _的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射 线常见的有三种：_.,射线、射线、射线,2.天然衰变中核的变化规律 在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是_,守恒和_守恒.,质量数,电荷数,3.半衰期 (1)定义：放射性元素的原子核有_发生衰变所需,要的时间.,半数,快慢,物理状态,(2)意义：反映了核衰变过程的_程度，具有统计性. (3)特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的,_或_无关.,化学状态,4.原子核的人工转变,(1)质子的发现.,质子,中子,(3)放射性同位素的人工合成.,四、核力、核能、重核的裂变和轻核的聚变 1.核力：原子核的半径很小，其中的质子之间的库仑力很 大，受到这么大的库仑斥力却能处于稳定状态，一定还有别的 力把各核子紧紧地拉在一起，这种力叫做核力.核力具有以下特 点：,(1)核力是很强的力.,相邻,(2)核力作用范围很小，只在 2.01015 m的短距离内起作 用. (3)每个核子只跟它_的核子发生核力作用.,2.核能 (1)结合能：核子结合成_时放出一定的能量， _分解成核子时吸收一定的能量，这种能量叫结合能. (2)质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质 量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做_. (3)爱因斯坦质能方程：物体的能量和质量之间存在着密切 的联系，它们的关系是_，这就是爱因斯坦质能方程， 其另一个表达形式是Emc2.,原子核,原子核,质量亏损,Emc2,3.获得核能的途径,(1)重核的裂变,中等,10,重核俘获一个中子后分裂为两个或几个_质量数 的原子核，则这样的反应叫做重核的裂变.在裂变的同时，还会 放出几个中子和大量能量.,2He,(2)轻核的聚变,较大,4,某些轻核结合成质量数_的原子核的反应过程叫 做轻核的聚变，同时放出大量的能量.轻核聚变只能发生在超高 温条件下，故轻核聚变也叫做热核反应.,【基础检测】,3.(2016 年湖北黄冈高三检测)某些建筑材料可产生放射性 气体氡，氡可以发生或衰变，如果人长期生活在氡浓度 过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出 大量的射线，从而危害人体健康.原来静止的氡核 发生一 次衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为 E00.09 MeV 的 光子.已知放出的粒子动能为 E5.55 MeV；忽略放出光子的 动量，但考虑其能量；1 u931.5 MeV/c2.,(1)写出衰变的核反应方程.,(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(计算结果保留 3 位,有效数字),由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、粒子 的动能形式出现，衰变时释放出的总能量为 EEEPoE0mc2 故衰变过程中总的质量亏损是m0.006 16 u.,考点1,氢原子的能级跃迁,重点归纳 1.氢原子能级公式 电子绕核运动的动能和电子与原子核组成的系统的电势能；对 应的轨道半径关系式为 rnn2r1，其中 n 叫量子数，只能取正整 数.n1 的状态称为基态，n1 时称为激发态；量子数 n 越大， 动能越小，电势能越大，总能量越大.,2.光子的吸收与辐射,原子从一种定态(能量为E初)跃迁到另一种定态(能量为 E末)，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能级差决定，即hE初E末.若E初E末，则辐射光子；若E初E末，则吸收光子.,3.解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项 (1)氢原子能级图：如图 11-4-3 所示.,图 11-4-3,用数学中的组合知识求解：,(2)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的. (3)能级之间发生跃迁时放出(或吸收)光子的频率由hEm En 求得.若求波长可由公式 c求得. (4)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n1. (5)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方 法：,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.,典例剖析 例 1：(多选)如图 11-4-4 所示是氢原子的能级图，大量处于 n4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出 6 种不 同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向 n2 能级,跃迁时释放的光子，则(,) 图 11-4-4,A.6 种光子中波长最长的是 n4 激发态跃迁到基态时产生的 B.6 种光子中有 2 种属于巴耳末系,C.使 n4 能级的氢原子电离至少要 0.85 eV 的能量,D.若从 n2 能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发 生光电效应，则从 n3 能级跃迁到 n2 能级释放的光子也一 定能使该板发生光电效应,答案：BC,【考点练透】 1.如图 11-4-5 所示是某原子的能级图，a、 b、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下 列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波,长依次增大，则正确的是(,),图 11-4-5,A,B,C,D,答案：C,考点2,核衰变及三种射线,重点归纳 1.核衰变,2.三种射线的本质和特性,空气中射程为几厘米，贯穿本领小，电离作用强.,(2)射线：是高速的电子流，速度约为光速的十分之九， 穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱. (3)射线：是高能光子流，波长极短的电磁波，贯穿本领最,强，能穿透几厘米的铅板，电离作用小.,(4)放射性元素有的原子核放出射线，有的放出射线，多,余的能量以光子的形式射出.,3.衰变次数的求解方法,典例剖析 例 2：贝克勒尔在 120 年前首先发现了天然放射现象，如 今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用.下列属于放射,性衰变的是(,),解析：A 为衰变方程，B 为重核裂变，C 为轻核聚变，D,为原子核的人工转变，所以A 正确.,答案：A,【考点练透】 2.(2016 年广西桂林第十八中学检测)关于天然放射性，下,列说法正确的是(,),A.所有元素都有可能发生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.、和三种射线中，射线的穿透能力最强,解析：原子核可以自发地衰变，但不是所有元素都可以发 生衰变，选项 A 错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与 外界的温度无关，选项 B 正确；放射性元素的放射性与核外电 子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性， 选项 C 正确；、和三种射线中，射线的穿透能力最强，电 离能力最弱，选项 D 正确.,答案：BCD,考点3,核反应方程与核能计算,重点归纳 1.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基 (2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或 判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所 以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向. (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.,2.核能的计算方法,(1)根据Emc2 计算，计算时m 的单位是“kg”，c 的,单位是“m/s”，E 的单位是“J”.,(2)根据Em931.5 MeV 计算.因 1 原子质量单位(u)相 当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时m 的单位是“u”，E 的 单位是“MeV”.,(3)根据核子比结合能来计算核能：,原子核的结合能核子比结合能核子数.,典例剖析,B.核反应方程过程中系统动量守恒 C.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物 的质量之和 D.硅原子核速度的数量级为 1