高考物理一轮复习 第十四章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第3讲 原子结构 原子核课件.ppt

第3讲原子结构原子核 一 原子的核式结构1 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 粒子的偏转超过了90 有的甚至被撞了回来 2 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 叫原子核 原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外绕核旋转 二 氢原子光谱1 光谱用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开 获得光的波长 频率 和强度分布的记录 即光谱 2 光谱分类 4 光谱分析利用每个原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分 且灵敏度很高 在发现和鉴别化学物质元素上有着重大的意义 三 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h em en 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 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道也是不连续的 提示 对玻尔理论的四点提醒 1 电子绕核运动的半径是不连续的 2 电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率 3 实物粒子也能使原子发生能级跃迁 4 一个处于激发态的氢原子 辐射光谱线条数可能为1 一群处于激发态 n 3 的氢原子可能辐射出多条光谱线 四 天然放射现象 原子核的组成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还具有复杂的结构 2 放射性物质发射射线的性质 3 放射性元素具有放射性的元素 4 三种射线放射性元素射出的射线共有3种 它们分别为 射线 射线和 射线 五 核反应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 核力是强相互作用力 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 每个核子只跟相邻的核子发生核力作用 这种性质被称为核力的饱和性 2 结合能由于核力的存在 核子结合成原子核时要放出一定的能量 原子核分解成核子时 要吸收同样多的能量 核反应中放出或吸收的能量称为原子核的结合能 3 比结合能 1 定义 原子核的结合能与核子数之比 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的越牢固 原子核越稳定 4 质能方程 质量亏损爱因斯坦质能方程为e mc2 原子核的质量一定比组成它的核子的质量要小 这种现象叫质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 e mc2 5 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 特点 裂变过程中能够放出巨大的能量 裂变的同时能够放出2 3个中子 3 链式反应 重核裂变时放出的中子 再引起其他重核裂变而使裂变反应不断自动进行下去 即原子弹 核反应堆的原理 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 反应堆构造 核燃料 减速剂 镉棒 防护层 6 聚变 1 定义 把轻核结合成质量较大的核的反应过程 2 特点 聚变反应比裂变反应更剧烈 放出的能量更多 对环境污染较少 自然界中的聚变反应原料比较丰富 考点二 考点三 考点一 考点一氢原子能级和跃迁1 氢原子从低能级向高能级跃迁吸收一定频率的光子 当光子的能量满足h e末 e初时 才能被某一个原子吸收 否则不吸收 2 氢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两能级间的能量差 3 电离当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时 也可以被氢原子吸收 使氢原子电离 多余的能量作为电子的初动能 考点二 考点三 考点一 5 氢原子发生能级跃过的条件氢原子还可吸收外来实物粒子的能量而被激发 由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级差 均可使氢原子发生能级跃迁 考点二 考点三 考点一 典例1 多选 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 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 考点二 考点三 考点一 参考答案 cd 考点二 考点三 考点一 归纳总结 原子跃迁的两种类型 1 原子吸收光子的能量时 原子将由低能级态跃迁到高能级态 但只吸收能量为能级差的光子 原子发光时是由高能级态向低能级态跃迁 发出的光子能量仍为能级差 2 实物粒子和原子作用而使原子激发或电离 是通过实物粒子和原子碰撞来实现的 在碰撞过程中 实物粒子的动能可以全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两个能级差值 就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级 当入射粒子的动能大于原子在某能级的能量值时 也可以使原子电离 考点二 考点三 考点一 氢原子从能级m跃迁到能级n 吸收频率为 1的光子 从能级m跃迁到能级p释放频率为 2的光子 则当它从能级n跃迁到能级p时将 c a 放出频率为 2 1 的光子b 吸收频率为 2 1 的光子c 放出频率为 1 2的光子d 吸收频率为 1 2的光子 解析 氢原子由能级n跃迁到能级p时 是由高能级向低能级跃迁 向外辐射能量 光子能量e h 1 h 2 所以光子频率为 1 2 c项正确 考点二 考点三 考点一 考点二原子核的衰变1 衰变规律及实质 1 两种衰变的比较 2 射线 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的 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 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 典例2 2014 新课标全国卷 多选 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 解题思路 原子序数大于83的元素 都可以发生衰变 a项错误 放射性 半衰期都与元素所处的物理 化学状态无关 b c项正确 三种射线 穿透能力依次增强 d项正确 原子核发生 或 衰变时常常伴随 光子 但同一原子核不会同时发生 衰变 e项错误 参考答案 bcd 考点二 考点三 考点一 规律方法 确定衰变次数的方法 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 考点二 考点三 考点一 核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137 碘131的半衰期约为8天 会释放 射线 铯137是铯133的同位素 半衰期约为30年 发生衰变时会辐射 射线 下列说法正确的是 d a 碘131释放的 射线由氦核组成b 铯137衰变时辐射出的 光子能量小于可见光光子能量c 与铯137相比 碘131衰变更慢d 铯133和铯137含有相同的质子数 解析 射线的本质是电子 并非氦核 a项错误 光子的频率大于可见光光子的频率 由e h 可知 光子的能量大于可见光光子的能量 b项错误 半衰期越小表示元素衰变越快 c项错误 同位素含有相同的质子数但中子数不同 故d项正确 考点三关于核能的计算应用质能方程解题的流程图 考点二 考点三 考点一 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 利用质能方程计算核能时 不能用质量数代替质量进行计算 考点二 考点三 考点一 解题思路 根据质量数守恒和电荷数守恒可知x的质量数是1 电荷数是0 此粒子是中子 根据爱因斯坦质能方程 e mc2 代入数据可得该反应放出的能量为17 6mev 参考答案 中子17 6 考点二 考点三 考点一 2012 新课标全国卷 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 c a m1 m2 m3 cb m1 m2 m3 cc m1 m2 m3 c2d m1 m2 m3 c2 解析 一个质子和一个中子结合成氘核 亏损的质量 m