高考物理总复习 第十四章 第二单元 原子结构 原子核课件.ppt

第二单元原子结构原子核 第十四章光电效应原子与原子核 知能要求与高考展望 1 理解玻尔氢原子模型及能级概念 能解释原子的跃迁 2 了解原子核的组成 天然放射现象 放射性同位素及其应用 理解原子核衰变原理 射线的特性及半衰期 3 掌握核反应方程及核能的计算 4 考查主要是选择题 课前自修 1 原子的核式结构 1 电子的发现 1897年 英国物理学家汤姆生通过对 的研究发现了电子 2 原子的核式结构 粒子散射实验的结果 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进 但少数 粒子发生了大角度偏转 极少数 粒子甚至被撞了回来 如图所示 阴极射线 卢瑟福的原子核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫 原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在 里 带负电的 在核外绕核旋转 原子核的尺度 原子核直径的数量级为 m 原子直径的数量级约为 m 原子核的组成 原子核是由 和 组成的 原子核的电荷数等于核内的 数 原子核 原子核 电子 10 15 10 10 质子 中子 质子 2 玻尔理论 1 定态 原子只能处于一系列 的能量状态中 在这些能量状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 2 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 它辐射或吸收 的光子 光子的能量由这两个定态的能量差决定 即h em en h是普朗克常量 h 6 63 10 34j s 3 轨道假设 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应 原子的定态是 的 因此电子的可能轨道也是不连续的 不连续 一定频率 不连续 3 原子核的组成 放射性 衰变 半衰期 1 天然放射现象 三种射线 原子核 地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的 放射性元素衰变时放出的射线共有三种 射线 射线和 射线 2 原子核的衰变 原子核放出 粒子或 粒子 变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变 分类 衰变 衰变 自发 衰变 半衰期 放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间 半衰期由 的因素决定 跟原子所处的 无关 3 放射性同位素及应用 同位素 具有相同 而 不同的原子核 在元素周期表中处于同一位置 互称 有些同位素具有放射性 叫做放射性同位素 放射性同位素的应用 放射性同位素放出的射线应用于工业 探伤 农业 医疗等 作示踪原子 半数 核内部本身 物理或化学状态 质子数 中子数 同位素 4 核反应方程及核能 1 重核裂变 重核裂变是重核分裂成中等质量的核的反应过程 如 2 轻核聚变 聚变是两个轻核结合成 的核的反应过程 如 使核发生聚变需要几百万度以上的高温 因此聚变又叫 3 质量较大 热核反应 3 核力 核子间的作用力 核力是 强引力 作用范围在1 5 10 15m之内 只在 的核子间发生作用 4 核能 结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 叫做原子核的 能 亦称核能 5 质能方程 质量亏损 爱因斯坦质能方程e 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 e 短程 相邻 核子 结合 mc2 mc2 重难突破 1 能级跃迁问题 1 氢原子的能级图 如图所示 2 衰变规律及实质 3 核反应的四种类型 题型探究 题型一 能级的跃迁 例1 下图为氢原子的部分能级图 关于氢原子能级的跃迁 下列正确的是 a 用能量为10 2ev的光子照射 可使处于基态的氢原子跃迁到激发态b 用能量为11 0ev的光子照射 可使处于基态的氢原子跃迁到激发态c 用能量为13 0ev的光子照射 可使处于基态的氢原子电离d 用能量为14 0ev的光子照射 可使处于基态的氢原子电离 解析 根据e2 e1 10 2ev 如果原子吸收10 2ev的能量 可以由基态跃迁到第一激发态 a项正确 根据e3 e1 12 09ev 用能量为11 0ev的光子照射 不能使基态原子跃迁到第二或第三激发态 b项错误 如果要使处于基态的氢原子中的电子电离出来 则要求吸收的能量要大于13 6ev 由于c项小于这个数 而d项超过 故c项错误d项正确 答案 ad 方法点窍 1 氢原子在其内部的可能轨道上发生跃迁时只能吸收一些特定频率的光子 即满足h e大 e小的条件 2 氢原子中的电子若能从某一轨道上电离出来 则要求吸收的能量要大于或等于该能级的能量 当提供的能量大于电离能时 电子离开原子后还具有最大初动能 题型二 衰变规律及三种射线的性质 例2 铀裂变所得产物之一氪90 kr 是不稳定的 它经过一系列衰变最终成为稳定的锆86 zr 这些衰变是 a 1次 衰变 6次 衰变b 4次 衰变c 2次 衰变d 2次 衰变 2次 衰变 解析 设经历了m次 衰变 n次 衰变 则kr zr mhe ne 因为90 86 4m 36 40 2m n 所以m 1 n 6 答案 a 方法点窍 计算衰变次数的方法 设放射性元素zx经过m次 衰变和n次 衰变后 变为稳定的新元素z x 则核反应方程为 x y mhe ne 根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程 a a 4m z z 2m n 题型三 核反应类型的判断 例3 下列说法中不正确的是 a h h he n是聚变b u n xe sr n是裂变c ra rn he是 衰变d na mg e是裂变 解析 原子核的变化通常包括衰变 人工转变 裂变和聚变 衰变是指原子核放出 粒子或 粒子后 变成新原子核的变化 像本题中的c和d项 原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新原子核的变化 裂变是重核分裂成质量较小的核 像b项 聚变是轻核结合成质量较大的核 像a项 综上所述 d项是错误的 答案 d 方法点窍 解答本题要熟练掌握三种衰变及重核裂变 轻核聚变的特点 题型四 核能的计算 例4 太阳能来源于轻核的聚变 太阳中存在的主要元素是氢 氢核的聚变反应可以看作是4个氢核 h 结合成1个氦核 he 下表中列出了部分粒子的质量 下列说法中正确的是 a 核反应方程为4h he 2eb 核反应方程为4h he 2ec 4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0 0266ud 聚变反应过程中释放的能量约为4 16 10 21mev 解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可得聚变的核反应方程为 4h he 2e b错误 a正确 质量亏损为 m 4mh mhe 2me 4 1 0073 4 0015 2 0 00055 0 0266 u c正确 核反应释放的能量为 e mc2 0 0266 931 5 24 8 mev d错误 答案 ac 方法点窍 1 应用质能方程解题的流程图 书写核反应方程 计算质量亏损 m 利用 e mc2计算 2 计算释放的核能 根据 e mc2计算 计算时 m的单位是 kg c的单位是 m s e的单位是 j 根据 e m 931 5mev计算 因1原子质量单位 u 相当于931 5mev的能量 所以计算时 m的单位是 u e的单位是 mev 随堂训练 1 2011 汕头市一模 根据氢原子能级图 如图 可判断 a 氢原子跃迁时放出光子的能量是连续的b 电子的轨道半径越小 氢原子能量越大c 处于基态的氢原子是最稳定的d 欲使处于基态的氢原子激发 可用11ev的光子照射 错解 错选d 主要是不能真正理解只有照射光的能量符合两个能级差的光子才能被吸收 不然不能被吸收 则不可能使基态氢原子激发 答案 c 2 关于半衰期 下列说法中正确的是 a 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长b 升高温度可以使半衰期缩短c 氡的半衰期为3 8天 2个氡原子核 经过3 8天就只剩下1个d 氡的半衰期为3 8天 2克氡原子核 经过3 8天就只剩下1克 错解 错选c 没有理解放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律 半衰期对某一个或某几个原子核来说 是无意义的 在许多氡核中 给定的4个氡核是否按半衰期衰变会受到偶然因素的支配 解析 考虑到半衰期与元素所处的环境无关 与本身的性质有关 考虑到半衰期是一种统计规律 故正确的选项为d 答案 d 3 北京奥运会场馆建设中 大量采用环保新技术 如场馆周围的路