高考物理一轮复习 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构 基础课时2 原子结构 原子核课件（选修35）.ppt

基础课时2原子结构原子核 知识梳理 知识点一 原子核式结构 氢原子光谱 原子的能级1 原子的核式结构 1 电子的发现 英国物理学家 发现了电子 2 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 卢瑟福 原来 汤姆孙 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 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 2 氢原子光谱 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 有的光谱是连在一起的 这样的光谱叫做连续谱 正电荷 质量 波长 亮线 光带 3 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 不连续 稳定 em en 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 的 因此电子的可能轨道也是 的 4 氢原子的能级 能级公式 1 氢原子的能级能级图如图1所示 不连续 不连续 图1 知识点二 原子核的组成 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 和中子组成的 原子核的电荷数等于核内的 质子 质子数 2 天然放射现象 1 天然放射现象元素 地放出射线的现象 首先由贝克勒尔发现 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 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 应用 消除静电 工业探伤 作 等 防护 防止放射性对人体组织的伤害 自发 原子核 放射性 放射性 线 射 射线 射线 天然 人工 示踪原子 原子核 原子核 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 无关 半数 物理 化学 状态 知识点三 核力与结合能 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 5 10 15m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 的能量或原子核分解为核子时 的能量 叫做原子核的结合能 亦称核能 释放 吸收 3 比结合能 1 定义 原子核的结合能与 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 4 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 核子数 稳定 mc2 mc2 知识点四 裂变反应和聚变反应 链式反应核反应方程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 3 链式反应 由重核裂变产生的 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 的最小体积及其相应的质量 5 裂变的应用 核反应堆 6 反应堆构造 核燃料 减速剂 防护层 链式反应 原子弹 镉棒 中子 2 轻核聚变 1 定义 两轻核结合成 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 2 典型的聚变反应方程 质量较大 热核反应 思考 下列说法是否正确 正确的画 错误的画 1 粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 2 氢原子由能量为en的定态向低能级跃迁时 氢原子辐射的光子能量为h en 3 氡的半衰期为3 8天 若取4个氡原子核 经7 6天后就剩下一个原子核了 4 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 同时遵循电荷数守恒 5 爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量 它们之间可以相互转化 答案 1 2 3 4 5 诊断自测 1 2015 天津理综 1 物理学重视逻辑 崇尚理性 其理论总是建立在对事实观察的基础上 下列说法正确的是 a 天然放射现象说明原子核内部是有结构的b 电子的发现使人们认识到原子具有核式结构c 粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的d 密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析放射性现象中释放出了其他粒子 说明原子核内部具有一定的结构 a正确 电子的发现使人们认识到 原子是可以分割的 是由更小的微粒组成的 b错误 粒子散射实验否定了汤姆逊提出的枣糕式原子模型 建立了核式结构模型 c错误 密立根油滴实验测定了电子的电荷量 d错误 a 解析 衰变是重核自发的放出 粒子的天然放射现象 其中 粒子是he 所以b正确 a为人工转变 c为轻核的聚变 d是 衰变 故a c d皆错误 答案b 答案ad 4 如图2所示为氢原子的四个能级 其中e1为基态 若氢原子a处于激发态e2 氢原子b处于激发态e3 则下列说法正确的是 图2a 原子a可能辐射出3种频率的光子b 原子b可能辐射出3种频率的光子c 原子a能够吸收原子b发出的光子并跃迁到能级e4d 原子b能够吸收原子a发出的光子并跃迁到能级e4 解析原子a从激发态e2跃迁到e1 只辐射一种频率的光子 a错误 原子b从激发态e3跃迁到基态e1可能辐射三种频率的光子 b正确 由原子能级跃迁理论可知 原子a可能吸收原子b由e3跃迁到e2时放出的光子并跃迁到e3 但不能跃迁到e4 c错误 a原子发出的光子能量 e e2 e1大于e4 e3 故原子b不可能跃迁到能级e4 d错误 答案b a 0 82mevb 0 31mevc 1 33mevd 0 51mev 解析最小质量对应着最小能量 中微子的最小质量应为36 95691u 0 00055u 36 95658u 0 00088u 根据质能方程e mc2 可得中微子最小能量是e 0 00088 931 5mev 0 820mev 选项a正确 答案a 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 2 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 例1 2015 海南单科 17 1 氢原子基态的能量为e1 13 6ev 大量氢原子处于某一激发态 由这些氢原子可能发出的所有的光子中 频率最大的光子能量为 0 96e1 频率最小的光子的能量为ev 保留两位有效数字 这些光子可具有种不同的频率 答案0 3110 变式训练 1 2014 山东理综 39 1 氢原子能级如图3 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 图3 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 考点二原子核的衰变及半衰期1 衰变规律及实质 1 衰变和 衰变的比较 2 射线 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的 2 三种射线的成分和性质 例2 2014 新课标全国卷 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 解析只有原子序号超过83的元素才能发生衰变 选项a错误 半衰期由原子核内部的结构决定 与外界温度无关 选项b正确 放射性来自于原子核内部 与其形成的化合物无关 选项c正确 三种射线中 射线能量最高 穿透能力最强 选项d正确 一个原子核在一次衰变中要么是 衰变 要么是 衰变 同时伴随 射线的产生 选项e错误 答案bcd 答案d 考点三核反应方程及核反应类型核反应的四种类型 解析 1 d是查德威克发现中子的核反应方程 a是氢弹的核反应方程 b是原子弹的核反应方程 2 由电荷数守恒和质量数守恒可以判定x的质量数为140 电荷数为54 所以中子数为140 54 86 3 衰变是原子核自发地放出 粒子或 粒子的反应 c是 衰变 d是人工控制的原子核的变化 属人工转变 裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应 b是裂变 聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应 a是聚变 答案 1 db a 2 质量数为140 中子数为86 3 见解析 解析 衰变是放射出氦核的天然放射现象 a正确 衰变是放射出电子的天然放射现象 而b项是发现质子的原子核人工转变 故b错误 c项是轻核的聚变 d项是 衰变现象 故c正确 d错误 答案ac 考点四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 e mc2 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 e mc2 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 变式训练 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解析由质能方程知 该反应释放核能 e mc2 m1 m2 m3 c2 故选项c正确 答案c 答案ac 答案b 答案b 4 2015 山东理综 39 1 14c发生放射性衰变成为14n 半衰期约5700年 已知植物存活期间 其体内14c与12c的比例不变 生命活动结束后 14c的比例持续减少 现通过测量得知 某古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一 下列说法正确的是 a 该古木的年代距今约5700年b 12c 13c 14c具有相同的中子数c 14c衰变为14n的过程中放出 射线d 增加样品测量环境的压强将加速14c的衰变 解析因古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一 则可知经过的时间为一个半衰期 即该古木的年代距今约为5700年 选项a正确 12c 13c 14c具有相同的质子数 由于质量数不同 故中子数不同 选项b错误 根据核反应方程可知 14c衰变为14n的过程中放出电子 即发出 射线 选项c正确 外界环境不影响放射性元素的半衰期 选项d错误 答案ac 5 2016 江西南昌二中模拟 氦原子被电离出一个核外电子 形成类氢结构的氦离子 已知基态的氦离子能量为e1 54 4ev 氦离子的能级示意图如图4所示 在具有下列能量的粒子中 能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 图4a 54 4ev 光子 b 50 4ev 光子 c 48 4ev 电子 d 42 8ev 光子 解析由玻尔理论可知 基态的氦离子要实现跃迁 入射光子的能量 光子能量不可分 应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差 因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收 而实物粒子 如电子 只要能量不小于两能级差 均可能被吸收 氦离子在图示的各激发态与基态的能量差为 e1 e e1 0 54 4ev 54 4ev e2 e4 e1 3 4ev 54 4ev 51 0ev e3 e