（讲练测）高考物理一轮复习 专题61 原子与原子核（讲）（含解析）.doc

专题61 原子与原子核（讲）命题规律(1)动量和动量守恒等基本概念、规律的理解，一般结合碰撞等实际过程考查；(2)综合运用动量和机械能的知识分析较复杂的运动过程；(3)光电效应、波粒二象性的考查；(4)氢原子光谱、能级的考查；(5)放射性元素的衰变、核反应的考查；(6)质能方程、核反应方程的计算；(7)与动量守恒定律相结合的计算复习策略(1)深刻理解动量守恒定律，注意动量的矢量性、瞬时性、同一性和同时性；(2)培养建模能力，将物理问题经过分析、推理转化为动力学问题；(3)深刻理解基本概念和基本规律；(4)关注科技热点和科技进步；(5)体会微观领域的研究方法，从实际出发，经分析总结、提出假设、建立模型，再经过实验验证，发现新的问题，从而对假设进行修正1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.4.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。(2)粒子散射实验：19091911年，英国物理学家卢瑟福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原来方向前进，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。(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。2光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(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亮线，这样的光谱叫做线状谱。有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式r，(n3,4,5，)，r是里德伯常量，r1.10107 m1，n为量子数。3玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，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hemen。(h是普朗克常量，h6.631034 js)(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。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。4氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：ene1 (n1,2,3，)，其中e1为基态能量，其数值为e113.6 ev。氢原子的半径公式：rnn2r1 (n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m。二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。2天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。(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放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是射线、射线、射线。(4)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。防护：防止放射性对人体组织的伤害。3原子核的衰变(1)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。(2)分类衰变：xyhe衰变：xye(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数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。三、核力、结合能、质量亏损1核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。(2)特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.51015m之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。2结合能核子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，叫做原子核的结合能，亦称核能。3比结合能(1)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。(2)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质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程emc2，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emc2。四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1重核裂变(1)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。(2)典型的裂变反应方程：unkrba3n。(3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。(2)典型的聚变反应方程：hhhen17.6 mev考点一氢原子能级及能级跃迁1定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n小)高能级(n大)吸收能量。hen大en小(2)从高能级(n大)低能级(n小)放出能量。hen大en小2电离电离态与电离能电离态：n，e0基态电离态：e吸0(13.6 ev)13.6 ev电离能。n2电离态：e吸0e23.4 ev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。重点归纳1、解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意：(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hemen求得。若求波长可由公式c求得。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。(3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解：。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。2、对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子只有当一个光子的能量满足he末e初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级e初向高能级e末跃迁，而当光子能量h大于或小于e末e初时都不能被原子吸收(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差（3）入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差两种情况有所区别特别提醒原子的总能量ekn随r的增大而减小，又en随n的增大而增大，故epn随n的增大而增大，电势能的变化也可以从电场力做功的角度进行判断，当r减小时，电场力做正功，电势能减小，反之，电势能增大典型案例已知氢原子的能级图如图所示，现用光子能量介于10ev129ev范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是：（）a在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种b在照射光中可能被吸收的光子能量只有6种c照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种d照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种【答案】c【解析】【名师点睛】能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据数学组合公式求出处于激发态的氢原子可能发射出不同波长光的种数。针对练习1如图所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围约为162ev311ev下列说法正确的是_（填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每选错1个扣3分，最低得分为0分）a大量处在n3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时，发出的光有一部分是可见光b大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多辐射6种频率的光c大量处在n=3能级的氢原子向n=2能级跃迁时，发出的光是紫外线d处在n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离e处在n=3能级的氢原子跃迁到n=1能级，辐射出的光照射逸出功为634ev的金属铂能发生光电效应【答案】bde【解析】【名师点睛】解决本题的关键知道能级跃迁的特点，以及熟悉各种电磁波，知道它们频率大小的关系针对练习2（多选）如图所示为氢原子的能级示意图。现用能量介于10ev-129ev范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是：（）a照射光中只有一种频率的光子被吸收b照射光中有三种频率的光子被吸收c氢原子最多发射出三种不同波长的光d氢原子最多发射出六种不同波长的光【答案】bd【解析】因为，可知照射光中有三种频率的光子被吸收氢原子跃迁的最高能级为能级，根据知，氢原子发射出六种不同波长的光，故b、d正确，a、c错误。【名师点睛】能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据数学组合公式求出处于激发态的氢原子可能发射出不同波长光的种数。考点二原子核的衰变和原子核的人工转变1衰变规律及实质(1)两种衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程xyhexaz1ye衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2h2nhenhe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(2)射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子2原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：7nhe8oh.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：behe6cn.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：alhepn.psie.3确定衰变次数的方法(1)设放射性元素x经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素y，则表示该核反应的方程为xynheme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程aa4n，zz2nm(2)确定衰变次数，因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数4半衰期(1)公式：n余n原()t/，m余m原()t/式中n原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关重点归纳2、书写核反应方程时应注意(（1）必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。(（2）核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。（3）核反应类型及核反应方程的书写类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发uthhe衰变自发thpae人工转变人工控制nheoh(卢瑟福发现质子)hebecn(查德威克发现中子)alhepn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子psie重核裂变比较容易进行人工控制unbakr3nunxesr10n轻核聚变很难控制hhhen典型案例下列说法正确的有。（填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）a原子核发生一次衰变，原子核减少一个中子和一个质子b聚变反应产生了新的原子核c核泄漏事故的核反应方程式为，可以判断为电子d光电效应说明光具有波动性e波尔认为，氢原子由高能量状态跃迁到低能量状态时，原子能量减少【答案】bce【解析】原子核发生一次衰变，原子核减少一个中子，增加一个质子，选项a错误；聚变反应产生了新的原子核，选项b正确；核泄漏事故的核反应方程式为，由电荷数及质量数守恒可知，可以判断的质量数为零，电荷数为-1，为电子，选项c正确；光电效应说明光具有粒子性，选项d错误；波尔认为，氢原子由高能量状态跃迁到低能量状态时，原子能量减少，选项e正确；故选bce【名师点睛】此题考查了3-5中多个知识点，包括衰变、聚变反应、核反应方程、光电效应以及波尔理论等，难度不大，主要是加强记忆，多看书理解即可得分针对练习1（多选）下列说法正确的是。（填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）a、核反应方程属于衰变；核反应方程属于衰变b、核反应方程属于聚变，是氢弹聚变原理c、核反应方程属于裂变，是原子弹裂变反应原理d、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；e、光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率无关，与入射光的强度有关【答案】abc【解析】【名师点睛】化学反应遵循质量守恒定律，即化学反应前后，元素的种类不变，原子的种类、总个数不变，这是书写化学方程式、判断物质的化学式、判断化学计量数、进行相关方面计算的基础针对练习2下列四个方程中，表示衰变的是：（）abcd【答案】a【解析】b是衰变生成电子，c是重核裂变，d是轻核聚变，a是衰变放射出核原子核，故a正确。【名师点睛】本题较简单，要知道衰变的生成物，了解裂变和聚变的方程式。考点三质量亏损及核能的计算1核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即emc2。(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为emc2。2核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核。(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。重点归纳应用质能方程解题的流程图(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”。典型案例北京奥运会场馆周围80-90的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（）转化成一个氦核（）和两个正电子（）并放出能量（已知质子质量mp=10073u，粒子的质量m=40015u，电子的质量me=00005u1u的质量相当于931mev的能量）（1）写出该热核反应方程；（2）一次这样的热核反应过程中的质量亏损（3）释放出多少mev的能量？（结果保留四位有效数字）【答案】（1）411h24he+210e （2）00267 u（3）2487 mev【解析】（1）根据质量数和电荷数