高考核动力高考物理一轮复习 13.3原子结构 原子核课件.ppt

第3单元原子结构原子核 填一填 1 粒子散射实验1909 1911年 英国物理学家和他的助手进行了用 粒子轰击金箔的实验 实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿方向前进 但有少数 粒子发生了大角度偏转 偏转的角度甚至大于90 也就是说它们几乎被 撞 了回来 2 原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核 原子全部的和几乎全部都集中在核里 带负电的电子在核外空间绕核旋转 物理学史链接 1 汤姆逊提出原子的 枣糕模型 英籍物理学家卢瑟福和助手们进行了 粒子散射实验 推翻了 枣糕模型 提出了原子的核式结构模型 2 英国物理学家汤姆逊利用阴极射线管发现电子 并指出阴极射线是高速电子流 因此获得1906年诺贝尔物理学奖 3 法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象 说明原子核有复杂的内部结构 获得1903年诺贝尔物理学奖 4 卢瑟福预言原子核内还有另一种粒子 中子 查德威克用 粒子轰击铍核时发现中子 获得1935年诺贝尔物理学奖 1 光谱 1 光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开 获得光的 频率 和强度分布的记录 即光谱 2 光谱分类有些光谱是一条条的 这样的光谱叫做线状谱 有些光谱是连在一起的 这样的光谱叫做连续谱 3 氢原子光谱的实验规律 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 它辐射或吸收一定频率的光子 光子的能量由这两个定态的能量差决定 即h h是普朗克常量 h 6 63 10 34j s 3 轨道 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 因此电子的可能轨道也是 物理学史链接 1 1900年 德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出了量子假说 获得1918年诺贝尔物理学奖 2 丹麦物理学家玻尔提出了原子能量 电子轨道不连续的观点 成功地解释了氢原子光谱 并得出氢原子能级表达式 获得1922年诺贝尔物理学奖 2 氢原子的能级图能级图如图所示 1 天然放射现象 1 天然放射现象元素地放出射线的现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明具有复杂的结构 2 放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫 具有放射性的元素叫元素 3 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 4 放射性同位素的应用与防护a 放射性同位素 有放射性同位素和放射性同位素两类 放射性同位素的化学性质相同 b 应用 消除静电 工业探伤 作示踪原子等 c 防护 防止放射性对人体组织的伤害 2 原子核的衰变 1 原子核放出 粒子或 粒子 变成另一种的变化称为的衰变 2 分类 3 半衰期 放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间 半衰期由原子核内部的因素决定 跟原子所处的物理 化学状态无关 1 核力 核子间的作用力 核力是力 作用范围在1 5 10 15m之内 只在相邻的核子间发生作用 2 核能 核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时的能量 叫作原子核的结合能 亦称核能 3 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 练一练 1 2013 福建卷 30 1 在卢瑟福 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 粒子经历金箔散射过程的径迹 其中正确的是 填选图下方的字母 解析 金箔中的原子核与 粒子都带正电 粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用 a d错误 由原子核对 粒子的斥力作用 及物体做曲线运动的条件 知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方 选项b错 c对 答案 c 2 2013 天津卷 1 下列说法正确的是 a 原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律b 射线 射线 射线都是高速运动的带电粒子流c 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子d 发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 解析 原子核发生衰变时遵循电荷数守恒 质量数守恒的规律 a项错误 射线是不带电的高速光子流 b项错误 由氢原子跃迁规则可知 原子向基态跃迁时只能辐射出特定频率的光子 c项正确 光电子的最大初动能与入射光的频率及金属的种类有关 与入射光的强度无关 d项错误 答案 c 3 2012 北京卷 一个氢原子从n 3能级跃迁到n 2能级 该氢原子 a 放出光子 能量增加b 放出光子 能量减少c 吸收光子 能量增加d 吸收光子 能量减少 解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时 放出光子 能量减少 故选项b正确 选项a c d错误 答案 b 解析 反应前电荷总数为92 质量数总数为236 反应后a和b的电荷总数亦应为92 质量数总数应为236 2 1 234 所以只有d项符合题意 答案 d 考点一原子的跃迁 光谱线 考点梳理 1 能级图中相关量意义的说明 2 定态间的跃迁 满足能级差 n小 n大吸收能量h en大 en小 n大 n小放出能量h en大 en小 3 电离电离态与电离能电离态 n e 0基态 电离态 e吸 0 13 6ev 13 6ev电离能 n 2 电离态 e吸 0 e2 3 4ev如吸收能量足够大 克服电离能后 获得自由的电子还携带动能 典例应用 2014 山东理综 39 1 氢原子能级如图 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 双选 填正确答案标号 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 答案 cd 2013 江苏卷 12c 2 根据玻尔原子结构理论 氦离子 he 的能级图如图所示 电子处在n 3轨道上比处在n 5轨道上离氦核的距离 选填 近 或 远 当大量he 处在n 4的激发态时 由于跃迁所发射的谱线有 条 解析 离核越远即轨道数n越大 能量越高 故电子处在n 3轨道比处在n 5轨道上离氦核距离近 由c 6可知 大量he 处在n 4的激发态时 由于跃迁所发射的谱线有6条 答案 近 考点二衰变及其射线 考点梳理 1 三种射线的比较 2 衰变 衰变的比较 3 对半衰期的两点说明 1 根据半衰期的概念 可总结出公式 典例应用 2014 重庆理综 1 碘131的半衰期约为8天 若某药物含有质量为m的碘131 经过32天后 该药物中碘131的含量大约还有 答案 c 解析 设原子核衰变过程中发生了n次 衰变 m次 衰变 由核衰变规律及衰变前后质量数守恒与电荷数守恒得4n 238 206 2n m 92 82 解得n 8 m 6 故a正确 答案 a 考点三核反应及核能的计算 考点梳理 1 关于核反应的三点说明 1 核反应过程一般都是不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循电荷数守恒 2 对核力的三点说明 1 核力是强相互作用的一种表现 2 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 3 每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用 3 结合能与比结合能 1 结合能 把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量 2 比结合能 定义 原子核的结合能与核子数之比 称做比结合能 也叫平均结合能 特点 不同原子核的比结合能不同 原子核的比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 4 获得核能的途径 1 重核裂变 定义 质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程 特点 a 裂变过程中能够放出巨大的能量 b 裂变的同时能够放出2 3 或更多 个中子 c 裂变的产物不是惟一的 对于铀核裂变有二分裂 三分裂和四分裂形式 但三分裂和四分裂概率比较小 典例应用 钚的放射性同位素pu静止时衰变为铀核激发态u 和 粒子 而铀核激发态u 立即衰变为铀核u 并放出能量为0 097mev的 光子 已知 pu u和 粒子的质量分别为mpu 239 0521u mu 235 0439u和m 4 0026u 1u 931 5mev c2 1 写出衰变方程 2 已知衰变放出的光子的动量可忽略 求 粒子的动能 解题指导 利用核反应中质量数和电荷数守恒写出核反应方程 求出质量亏损 利用爱因斯坦质能方程求得核反应中释放的核能 再利用衰变过程中动量守恒和能量守恒求得新核的动能 总结提升 计算核能的几种方法1 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 2 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 3 根据平均结合能来计算核能原子核的结合能 平均结合能 核子数 4 有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算 此时应注意动量 动能关系式p2 2mek的应用 答案 0 07mev 模拟题组 1 2015 宁波高三模拟 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 粒子散射实验d 氢原子光谱的发现 解析 光电效应实验说明了光的粒子性 a错 伦琴射线的发现说明了原子内部有能级结构 b错 粒子散射实验揭示了原子的核式结构 c对 氢原子光谱的发现说明原子内轨道量子化 d错 答案 c 2 2015 张家界高三月考 已知金属钾的逸出功为2 22ev 氢原子的能级示意图如图所示 一群处在n 3能级的氢原子向低能级跃迁时 能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有 a 一种b 两种c 三种d 四种 解析 要从金属钾的表面打出光电子 入射光的能量应大于钾的逸出功 一群处在n 3能级的氢原子向低能级跃迁时 只有3能级向1能级 2能级向1能级跃迁时发出的光子能量大于钾的逸出功 因此选b 答案 b 高考题组 3 2014 全国新课标卷 35 1 关于天然放射性 下列说法正确的是 a 所有元素都可能发生衰变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e 一个原子核在一次衰变中可同时放出 和 三种射线 解析 原子序数大于或等于83的元素 都能发生衰变 而原子序数小于83的部分元素能发生衰变 故a错 放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化 与核外电子的得失及环境温度无关 故b c项正确 在 三种射线中 为带电粒子 穿透本领较弱 射线不带电 具有较强的穿透本领 故d项正确 一个原子核不能同时发生 和 衰变 故e项错误 答案 bcd 4 2014 北京理综 14 质子 中子和氘核的质量分别为m1 m2和m3 当一个质子和一个中子结合成氘核时 释放的能量是 c表示真空中的光速 a m1 m2 m3 cb m1 m2 m3 cc m1 m2 m3 c2d m1 m2 m3 c2 解析 此核反应方程为h n h 根据爱因斯坦的质能方程得 e m c2 m1 m2 m3 c2 c正确 答案 c 新题快递 5 如图甲