专题13、 原子和原子核.doc

台江教务教案纸科目名称物 理审批意见：课 题 专题十三 原子和原子核 学生姓名任课教师温 健 平学生年级高 三授 课 日 期 2012 年 月 日 时 至 时授 课 形 式AAAB讲授内容专题十三 原子和原子核 教案一 专题要点1原子的结构汤姆生模型(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.卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式结构学说粒子散射实验是用粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数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。卢瑟福由粒子散射实验提出：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。2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)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hfE初-E末能量和轨道量子化-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)3. 天然放射现象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)：各种放射线的性质比较种 类本 质质量（u）电荷（e）速度（c）电离性贯穿性射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板射线光子001最弱最强，穿几cm铅版4. 四种核反应类型(衰变,人工核转变,重核裂变,轻核骤变)衰变： 衰变：(实质：核内)衰变形成外切(同方向旋)， 衰变：(实质：核内的中子转变成了质子和中子)衰变形成内切(相反方向旋)，且大圆为、粒子径迹。 +衰变：（核内） 衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。人工转变：(发现质子的核反应)(卢瑟福)用粒子轰击氮核,并预言中子的存在 (发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的射线轰击铍 (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)粒子轰击铝箔重核的裂变： 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。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。）5核能计算方法有三：由(m单位为“kg”)计算；由E=931.5m(m 单位为“u”)计算；借助动量守恒和能量守恒计6. 放射性同位素的应用利用其射线：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。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。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。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）。二 考纲要求考点要求考点解读氢原子光谱以粒子散射实验、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.氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆放射性的防护三 教法指引此专题复习时，可以先让学生完成相应的习题，在精心批阅之后以题目带动知识点，进行适当提炼讲解。要求学生强加记忆。这一专题的知识点高考要求不是很高，但是比较杂乱，学生易于掌握每个知识点，但是不易掌握全面，二轮复习时还是要稳扎稳打，从基本知识出发。四 知识网络 专题十三 原子和原子核 学案一 典例精析题型1.（波尔的跃迁理论）氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为=0.6328m，=3.39m，已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为=1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔，则的近似值为（ ）A10.50eV B0.98eV C0.53eV D0.36eV解析：根据,可知当当时,连立可知。题型2.（氢原子能级图在波尔理论中的应用）氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间。由此可推知, 氢原子（ ）A. 从高能级向n=1能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短 B. 从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C. 从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D. 从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光解析：从高能级向n=1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之间,A正确.已知可见光子能量在1.62eV到3.11eV之间从高能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量3.40ev，B错. 从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于3.11ev的光的频率才比可见光高,C错.从n=3到n=2的过程中释放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之间,所以是可见光D对题型3.（现象意义）下列现象中，与原子核内部变化有关的是（ ）A粒子散射现象 B天然放射现象 C光电效应现象 D原子发光现象解析：粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故A项错误；天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出粒子或电子，从而发生衰变或衰变，故B项正确；光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故C项错误；原子发光是原子跃迁形成的也没有涉及到原子核的变化，故D项错误。题型4.（三种射线的特性）放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是（ ）Aa射线，b射线，g射线Bg射线，b射线，a射线，Cg射线，a射线，b射线Db射线，a射线，g射线解析：由于三种射线的能量不同，所以贯穿能力最强的是g射线，b射线次之，a射线最弱，故正确答案选B。题型5. （轻核聚变）科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）A聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用聚变反应发电解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用采用铀核的裂变反应。因此B正确。题型6.（核反应方程）原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量这几种反应的总效果可以表示为，由平衡条件可知（ ）A. k=1, d=4 B. k=2, d=2 C. k=1, d=6 D. k=2, d=3解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有，解得k=2，d=2。正确选项为B。题型7. （四种反应的区分）下列说法正确的是（ ）A.是衰变方程B.是核聚变反应方程C.是核裂变反应方程D.是原子核的人工转变方程解析： A选项中在质子的轰击下发生的核反应，属于人工转变，A错；C选项是衰变，不是裂变，C错。题型8.（几种力的比较） 氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库伦力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）A核力、万有引力、库伦力 B万有引力、库伦力、核力C库伦力、核力、万有引力 D核力、库伦力、万有引力解析：核力是强力，它能将核子束缚在原子核内。万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略。题型9. （核能的利用）水（包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。这是指 （填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。请说明理由。解析：核能： 因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。 核能和氢能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。氢能有便于储存与运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献题型10.（原子核）三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个个氦（42He）,则下面说法正确的是（ ）A.X核比Z核多一个原子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍解析：设原子核X的质量数为x，电荷数为y，依题意写出核反应方程，根据质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核Y的质量数为x，电荷数为y-1，原子核Z的质量数为x-3，电荷数为y-2。由此可得X核的质子（y）比Z核的质子（y-2）多2个，A错；由此可得X核的中子（x-y）比Z核的中子（x-y-1）多1个，B错；X核的质量数（x）比Z核的质量数（x-3）多3个，C对； X核与Z核的总电荷（2y-2）是Y核电荷（y-1）的2倍，D对。题型11.（结合能、能量守恒定律）中子和质子结合成氘核时，质量亏损为，相应的能量MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是（ ）A.用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合题，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确。 题型11.（半衰期）放射性元素的原子核在a衰变或b衰变生成新原子核时，往往会同时伴随着_辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，tT1T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA:mB_。， 解析：放射性元素的原子核在衰变或衰变生成新原子核时，往往以光子的形式释放能量，即伴随辐射；根据半衰期的定义，经过tT1T2时间后剩下的放射性元素的质量相同，则 = ，故mA：mB2T2 : 2T1二、 专题突破针对典型精析的例题题型，训练以下习题。1. 在下列4个核反应方程中，x表示质子的是（ ）（A）（B）（C）（D）点拨：此题考查核反应方程。由核反应方程的质量数和电荷数守恒，可得各个选项中的x分别为正电子、粒子、质子、中子。2. 下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有（ ）点拨：此题考查对各种现象的理解。（1）A为康普顿散射，B为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性；C为粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式结构模型。D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续；3. 约里奥居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是 . 是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg随时间衰变的关系如图所示，请估计4 mg的经多少天的衰变后还剩0.25 mg？点拨：此题考查半衰期。由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：，可知这种粒子是正电子。由图象可知的半衰期为14天，的衰变后还剩，经历了4个半衰期，所以为56天。放射性同位素针232经衰变会生成氧，其衰变方程为ThRn+x+y，其中DA.x=1,y=3B.x=2,y=3C.x=3,y1D.x=3,y=2点拨：本题考查放射性元素衰变的有关知识，本题为较容易的题目。由衰变方程： ,由质量数守恒和电荷数守恒得：232=220+4x,90=86+2x-y可解得： x=3、 y=2。5. 下列说法正确的是A A射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B射线比射线更容易使气体电离 C太阳辐射的能量主要来源于重核裂变D核反应堆产生的能量来自轻核聚变点拨：射线中的光子不带电，故在电场与磁场中都不会发生偏转，A正确；粒子的特点是电离能力很强，B错；太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，C错；核反应堆产生的能量是来自于重核的裂变，D错三、 学法导航复习指导：回归课本夯实基础，仔细看书把书本中的知识点掌握到位 练习为主提升技能，做各种类型的习题，在做题中强化知识 整理归纳举一反三，对易错知识点、易错题反复巩固1. 关于半衰期，以下说法正确的是 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，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个D氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克【错解分析】错解：每经过3.8天就有半数的氡核发生衰变，经过两个半衰期即7.6天后，只剩下四分之一的氡，故选C，D。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。“上述”解法忽视了这一事实，故错选了C。【正确解答】考虑到放射性元素衰变的快慢是跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配。因此，正确答案只有D。2. 钍232经过6次衰变和4次衰变后变成一种稳定的元素。这种元素是什么？它的原子量是多少？它的原子序数是多少？【错解分析】何况反应的次序也不是先进行6次衰变，再进行4次衰变，所以此解法是错误的。【正确解答】6次衰变和4次衰变总的效果使原子量和原子序数变化为原子量=232-64=208原子序数=90-26-4(-1)=823.： (1)求电子在基态轨道上运动时的动能。(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态。画一能级图，在图141上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线。(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。(其中静电力恒量K=9.0109Nm2/C2，电子电量e=1.610-19C，普朗克恒量h=6.6310-34Js，真空中光速c=3.0108m/s)。【错解分析】错解：(1)电子在基态轨道中运动时量子数n=1，其动能为(2)作能级图如图，可能发出两条光谱线。(3)由于能级差最小的两能级间跃迁产生的光谱线波长越短，所以(E3-E2)时所产生的光谱线为所求，其中(1)动能的计算错误主要是不理解能级的能量值的物理意义，因而把 道上的能量，它包括电势能EP1和动能EK1。计算表明EP1=-2EK1，所以E1=EP1EK1=-EK1，EK1=-E1=l3.6eV。虽然错解中数值表明正确，但理解是错误的。 (2)错解中的图对能级图的基本要求不清楚。(3)不少学生把能级图上表示能级间能量差的长度线看成与谱线波长成正比了。【正确解答】(l)设电子的质量为m，电子在基态轨道上的速率为v1，根据牛顿第(2)当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线。如图14-2所示。(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E1。 四、 专题综合1.（核反应方程+质能方程+物质波）在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即中微子+，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是 。（填写选项前的字母） （A）0和0 （B）0和1 （C）1和 0 （D）1和1（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（），即+2。已知正电子和电子的质量都为9.110-31，反应中产生的每个光子的能量约为 J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是 。（3）试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。解：（1）发生核反应前后，粒子的质量数和核电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数分都是0，A项正确。（2）产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，由，故一个光子的能量为，带入数据得=J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒。 2（核反应方程+质量亏损+质能方程+光子物质波公式）一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是BA. 核反应方程是H+nH+ B. 聚变反应中的质量亏损1+m2-m1C. 辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD. 光子的波长解:核反应方程是H+nH+；辐射出的光子的能量E=(1+m2-m3)c2；光子的波长。3. （玻尔理论+电流定义）氢原子处于基态时，原子能量E1= -13.6eV，已知电子电量e =1.610-19C，电子质量m=0.9110-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.5310-10m.（1）若要使处于n=2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？（2）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n=2的激发态时，核外电子运动的等效电流多大？（3）若已知钠的极限频率为6.001014Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？解：（1）要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为： 得 Hz， （2）氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库伦力作向心力，有 其中 根据电流强度的定义 由得 将数据代入得 A （3）由于钠的极限频率为6.001014Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为eV=2.486 eV 一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差，所以在六条光谱线中有、四条谱线可使钠发生光电效应。4. （核反应方程+质能方程+动量守恒定律+能量守恒）一个静止的铀核（原子质量为232.0372u）放出一个粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核（原子质量为228.0287u）。（已知：原子质量单位1u=1.671027kg，1u相当于931MeV）（1）写出核衰变反应方程；（2）算出该核衰变反应中释放出的核能；（3）假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解：（1） （2分）（2）质量亏损 m=0.0059u （2分）E=mc2=0.0059931MeV=5.49MeV （2分）（3）系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等，即 （1分） （1分） （1分）所以钍核获得的动能 （1分） 专题十三 原子和原子核 考案一、选择题1. 下列说法错误的是 ( )A原子核分裂成核子时会放出核能B粒子散射实验使人们认识到原子核本身有复杂的结构C根据玻尔的原子理论，在氢原子中，量子数n越大，原子能级的能量也越大D氡222衰变成钋218，半衰期为3.8天，因此200个氡222原子核经过3.8天后剩下90个2.一群处于n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时，可能发射的谱线为 ( )A 3条 B 4条 C 5条 D 6条3.已知氢原子核外电子的第一条可能轨道半径为rl，此时氢原子的能量为E1，当核外电子在第n条可能轨道上时，有 ( )A 其轨道半径为rn=n2r1B氢原子的能量为En=E1/n2，由此可见n越大，能量越小C氢原子在不同能量状态之间跃迁时，总能辐射出一定波长的光子D氢原子由能量状态En跃迁到能量状态En-1时，其辐射光子的波长为4.某放射性元素，在15h内衰变了全部原子核的7/8，则其半衰期为 ( )A 10h B 7.5h C 5h D 3h5. (钍)经过一系列和衰变，变成 (铅)，下列说法正确的是 ( )A铅核比钍核少8个质子 B铅核比钍核少16个中子C共经过4次衰变和6次衰变 D共经过6次衰变和4次衰变6卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用粒子轰击金铂，实验中发现粒子( )A全部穿过或发生很小偏转 B绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C全部发生很大偏转 D绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过7在极短的距离上，核力将一个质子和一个中子吸引在一起形成一个氘核，下述说法中正确的是 ( )A氘核的能量大于一个质子和一个中子能量之和B氘核的能量等于一个质子和一个中子能量之和C氘核的能量小于一个质子和一个中子能量之和D氘核若分裂为一个质子和一个中子时，一定要放出能量8关于质能方程，下列说法正确的是 ( )A人质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的9当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生光子辐射，对这一实验事实，下列说法正确的是 ( )A核子结合成原子核时，要放出一定的能量 B原子核分裂成核子时，要放出一定的能量C光子的质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和D光子具有一定的能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和10原子核A经衰变(一次)变成原子核B，原子核B再经衰变(一次)变成原子核C，则下列说法中哪些说法是正确的? ( )A核A的中子数减核C的中子数等于2 B核A的质子数减核C的质子数等于5C原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子中的电子数少1 D核C的质子数比核A的质子数少111氢原子核外电子由一个轨道向另一个轨道跃迁时，可能发生的情况是 ( )A原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B原子放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量减少C原子吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量增大D原子放出光子，电子的动能增加，原子的电势能减少，原子的能量减少12氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出 ( )AX射线 B红光 C黄光 D紫光13氢原子第一能级是-13.6eV，第二能级是-3.4eV如果一个处于基态的氢原子受到一个能量为11eV的光子的照射，则这个氢原子 ( )A吸收这个光子，跃迁到第二能级，放出多余的能量B吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍高的状态C吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍低的状态D不吸收这个光子二、计算题14. 处于静止状态的原子核X经历一次衰变后变成质量为M的Y原子核，放出的粒子垂直射人磁