高中物理高考二轮专题复习课件（可编辑）：专题九第3课时 原子和原子核人教大纲版.ppt

第3课时原子和原子核 基础回扣1 原子的核式结构原子核 1 年 汤姆孙发现了 提出了原子的枣糕模型 2 英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了实验 实验的结果是绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进 但有少数 粒子发生较大的偏转 1898 电子 粒子 散射 3 原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的全部正电荷量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 4 具有相同的而不同的原子 在元素周期表中处于同一位置 互称同位素 2 能级和能级跃迁 1 量子化 核外电子只能在一些分立的轨道上运动 rn n2r1 n 1 2 3 2 量子化 原子只能处于一系列不连续的能量状态 en n 1 2 3 质子数 中子数 轨道 能量 3 吸收或辐射能量量子化 原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射的光子 光子的能量h em en 3 天然放射现象 衰变 放射性的应用和防护 1 元素自发地放出射线的现象叫做 放射性物质放出的射线通常有三种 2 原子核放出粒子或粒子后 就变成新的原子核 我们把这种变化称为原子核的衰变 在衰变过程中 和都守恒 3 放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间 叫做这种元素的半衰期 放射性元素衰变的 一定 频率 天然放射现象 射线 射 射线 电荷数 质量数 半数 线 是由本身的因素决定的 跟原子所处的状态无关 4 放射性同位素的应用 一是利用它的 二是作为 5 射线 射线 射线之间的区别 核内部 物理 或化学 射线 示踪原子 氦核流 电子流 电磁波 4 核反应 核能 裂变 聚变 1 在物理学中 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 称为 在此过程中 质量数和电荷数都守恒 爱因斯坦的质能方程是 2 核物理中 把重核分裂成质量较小的核 释放出核能的反应 称为裂变 把轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 称为 3 铀核裂变的核反应方程是 氢核聚变的核反应方程是 4 在核反应堆中 石墨的作用是作为 镉棒的作用是控制反应速度 水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线 核反应 e mc2 聚变 减速剂 5 核反应规律和原子核的人工转变 1 核反应的规律为 反应前后质量数守恒和守恒 2 原子核的人工转变 卢瑟福发现质子的核反应方程为 查德威克发现中子的核反应方程为 约里奥 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为 电荷 数 思路方法 1 在配平核反应方程式时 一般先满足守恒 后满足守恒 2 在处理粒子的碰撞和衰变问题时 通常应用动量守恒定律 质能方程和能的转化与守恒定律综合分析 3 核能的计算方法 若 m以kg为单位 则 e m c2 e的单位为 若 m以原子的质量单位u为单位 则 e m 931 5mev 质量数 电荷数 焦耳 题型1原子物理基础知识的理解例1 2009 山东调研 以下说法正确的是 a 普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说b 康普顿效应说明光子有动量 即光具有粒子性 c 玻尔建立了量子理论 成功解释了各种原子的发光现象 d 天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构 解析普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 a正确 康普顿效应说明光子有动量 即光具有粒子性 b正确 玻尔建立了量子理论 解释了氢原子的发光现象 c错 天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构 d错 答案ab 例2 2009 高考标准测试卷 押题卷 在全球能源危机的背景下 核能的开发已成为全球的焦点问题 核电站的核能来源于的裂变 现有4种说法 原子核中有92个质子 143个中子 裂变的产物多种多样 一种典型的反应是裂变为钡和氪 核反应方程为 是天然放射性元素 常温下它的半衰期约为45亿年 升高温度其半衰期会缩短 如果一个裂变时的质量亏损为 m 0 3578 10 27kg 则释放的能量约为201mev 以上的四种说法正确的是 a b c d 解析根据原子核表示方法的意义可知 正确 由核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知 正确 半衰期只与元素的种类有关 错 由爱因斯坦质能方程知 正确 答案d 由于原子和原子核这一部分的内容比较琐碎 复习时要根据考点要求 理出知识脉络 识记重要知识点 预测演练1 2009 珠海市第二次调研 放射性元素能自发地放出射线 变成别的元素 同时伴随核能的释放 下列表述中正确的是 a 三种射线都是电磁波 b 在 三种射线中电离能力最弱的是 射线 c 太阳辐射的能量是由轻核聚变产生的 d 将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度 它的半衰期不发生改变 cd 预测演练2 2009 辽宁省部分重点中学协作体高考模拟 以下是有关近代物理内容的若干叙述 其中正确的是 a 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应b 光电效应揭示了光的粒子性 而康普顿效应则反映了光的波动性 c 按照玻尔理论 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时 电子的动能减小 原子总能量增大 d 发生一次 衰变 该原子外层就失去一个电子 e 每种原子都有自己的特征光谱 可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成 ce 题型2玻尔理论和能级跃迁例3 2009 济宁市5月模拟 1885年 巴耳末发现了氢原子可见光光谱的谱线波长公式 n 3 4 5 其中r 1 10 107m 1 称为里德伯常量 1913年 玻尔提出了原子结构假说 可以很好地推导出巴耳末公式 1 用巴耳末公式计算n 5时氢原子光谱的谱线波长 并说明这条谱线是氢原子在哪两个能级之间跃迁得到的 2 用玻尔理论得到的氢原子能级图 图9 3 1 中的数据计算氢原子从n 5能级向n 2能级跃迁得到谱线的波长 真空中光速c 3 0 108m s 普朗克常量 h 6 63 10 34j s 电子的电荷量e 1 6 10 19c 计算结果均保留三位有效数字 图9 3 1 解析 1 根据巴耳末公式 得 4 33 10 7m 巴耳末公式n 5时计算出的氢原子光谱的谱线是氢原子从量子数为5的能级跃迁到量子数为2的能级形成的 2 n 2时 e2 3 4ev n 5时 e5 0 54ev 及h e5 e2 得 4 35 10 7m 答案 1 4 33 10 7m氢原子在能级5和能级2之间跃迁得到的 2 4 35 10 7m 在涉及能级跃迁和微观粒子的弹性碰撞问题时 一般应用h em en和能级公式en 并结合动量和能量的观点分析解决问题 预测演练3 2009 淄博市第二次检测 在真空中 氢原子从能级a跃迁到能级b时 辐射出波长为 1的光子 从能级a跃迁到能级c时 辐射出波长为 2的光子 若 1 2 真空中的光速为c 则氢原子从能级b跃迁到能级c时 a 将吸收光子 光子的波长为 b 将辐射光子 光子的波长为c 将吸收光子 光子的频率为 d 将辐射光子 光子的频率为 解析 1 2 1 2 能级图如右图所示 从b到c要辐射光子 ebc 答案b 题型3核反应与核能例4设太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核放出2个正电子的热核反应 这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源 已知mp 1 007276u mhe 4 002603u me 0 000548u 1 写出这个核反应方程 2 这一核反应释放出的能量有多少焦 3 若太阳向空间辐射的总功率为3 8 1026w 则太阳的质量每秒将减少多少千克 解析 1 核反应方程式为 2 设核反应中放出的结合能为 e 4mp mhe 2me c2 解得 e 23 6mev 3 78 10 12j 3 太阳每秒减少的质量为 m 解得 m 4 2 109kg 答案 1 2 3 78 10 12j 3 4 2 109kg 1 书写核反应方程 在遵循事实的前提下 一定满足两个守恒 质量数守恒和电荷数守恒 2 核反应过程中 虽然是微观世界 但一定满足两个守恒 动量守恒和能量守恒 3 计算核能时 m的单位不同 计算方法可不同 未必一定采用国际单位 1u相当于931 5mev 4 核反应过程中 如果涉及到能量问题 经常用到动量和能量的关系式ek 进行计算 预测演练4 2009 聊城市高考模拟二 两个氘核聚变产生一个中子和氦核 氦的同位素 已知氘核的质量md 2 0136u 氦核的质量mhe 3 0150u 中子的质量mn 1 0087u 1u相当于931mev 1 写出聚变方程并计算释放的核能 2 若反应前两个氘核的动能均为0 35mev 它们对心正碰发生聚变 且反应后释放的核能全部转化为动能 则产生的氦核和中子的动能各为多大 解析 1 聚变的核反应方程核反应过程中的质量亏损为 m 2md mhe mn 0 0035u 释放的核能为 e mc2 0 0035 931mev 3 26mev 2 对撞过程动量守恒 由于反应前两氘核动能相同 其动量等值反向 因此反应前后系统的动量为0 即 0 mhevhe mnvn 反应前后总能量守恒 即 e 2ek0 解得ekhe 0 99mev ekn 2 97mev 答案 1 3 26mev 2 0 99mev 2 97mev 题型4衰变与圆周运动知识的结合例5 2009 辽宁省普通高校招生统一考试测试 云室处于一个垂直纸面向外的匀强磁场中 一个静止的原子核在云室中发生了一次衰变 其衰变产物在磁场中运动的圆轨迹如图9 3 2所示 已知新核y的质量为m 粒子的质量为m 衰变后粒子的速度大小为v 图9 3 2 1 该过程发生了 衰变还是 衰变 写出核反应方程 2 若原子核衰变时的能量都以粒子和新核的动能形式释放 求衰变时释放出的总能量 亏损的质量与粒子质量相比可忽略不计 解析 1 该过程是 衰变 核反应方程为 2 原子核在衰变前后动量守恒 设衰变后新核的速度为v1 则有 mv1 mv 根据题意可知 衰变释放的总能量 e 联立 得e 答案 1 衰变 1 衰变前后动量守恒 2 衰变后新生成的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 预测演练5 2009 邯郸市5月第二次模拟 介子的衰变方程为 其中介子和介子为带负电的元电荷 介子不带电 一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中 其轨迹为圆弧 图中虚线所示 则介子和介子的运动轨迹可能是图中的 解析用左手定则并结合动量守恒定律求解 答案ab 1 2009 重庆市第二次质量调研抽测 氢原子从n 4的能级跃迁到n 2的能级时 辐射出光子a 从n 3能级跃迁到n 1能级时 辐射出光子b 则下列说法中正确的是 a 氢原子从n 4跃迁到n 2 电子动能的增加量等于氢原子电势能的减少量 b 在真空中a光子的传播速度大于b光子的传播速度 c 光子a的能量大于光子b的能量 d 光子a的波长大于光子b的波长 解析由于从n 4跃迁到n 2要向外辐射能量 a错 a b ea eb c错 va vb b错 由c f 知d对 答案d 2 2009 晋城市二模 2006年2月4日 由中科院等离子体物理研究所设计 制造的east全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕 进入抽真空降温试验阶段 其目的是建成一个受控核聚变反应堆 届时就相当于人类为自己制造了一个小太阳 核聚变的主要原料是氘 在海水中含量极其丰富 已知氘核 的质量为2 0136u 中子 的 质量为1 0087u 的质量为3 0150u 1u对应的能量为931 5mev 则下列说法正确的是 a 两个氘核聚变成一个所释放的核能为3 26mevb 两个氘核聚变成一个所释放的核能为3 16mevc 两个氘核聚变成一个所释放的核能为4 26mevd 与这种受控核聚变比较 核裂变反应堆产生的核废料不具有放射性 a 3 2009 诸暨市质检 2008年12月16日 具有我国自主品牌的cpr1000改进型压水堆核电技术的广东阳江核电站正式开工 下列选项中能反映核反应堆内可能的核反应方程是 答案d 4 2009 贵州省普通高校招生适应性考试 下列说法中正确的是 a 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时发生并释放出来的 b 射线是原子核发出的一种粒子流 它的电离能力在 三种射线中是最强的 c 氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时 核外电子的动能增加 原子的总能量不变 d 已知氡的半衰期为3 8天 如果取1g氡放在天平的左盘上 砝码放于天平右盘 左右两边恰好平衡 则经7 6天后 需取走0 75g砝码后天平才能再次平衡 解析c中由于向外辐射能量 原子的总能量减小 c错 d中衰变后应考虑衰后剩余物的质量 d错 答案ab 5 2009 长春 哈尔滨 沈阳 大连第二次联考 一群处于基态的氢原子受某种单色光照射时 只能辐射a b c三种单色光 其中a光的波长最短 c光的波长最长 已知氢原子的能级公式为en n 1 2 3 其中e1是处于基态氢原子的能量 则a c这两种单色光的光子能量之比ea ec等于 a 3 2b 6 1c 32 5d 9 4 解析 c 6 2009 内江市第三次模拟 如图9 3 3所示 是原子核核子的平均质量m 原子核的质量除以核子数 与原子序数z之间的关系示意图 则下列说法中正确的是 图9 3 3 a 当原子序数较大的核a分裂成原子序数较小的核b和c时 会产生质量亏损 一定会放出巨大的核能 b 当原子序数较大的核a分裂成原子序数较小的核b和c时 会产生质量亏损 一定会吸收巨大的核能 c 当原子序数很小的核d和e结合成原子序数较大的核f时 在结合的过程中一定会产生质量亏损 会吸收巨大的核能 d 当原子序数很小的核d和e结合成原子序数较大的核f时 在结合的过程中不会产生质量亏损 会放出巨大的核能 答案a 7 2009 杭州市模拟三 在足够大的匀强磁场中 静止的钠的同位素发生衰变 沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后 变为一个新核 新核与放出粒子在磁场中运动的径迹均为圆 如图9 3 4所示 以下观点正确的是 图9 3 4 a 新核为 b 发生的是 衰变 c 轨迹1是新核的径迹 d 新核沿逆时针方向旋转 解析由于运动轨迹为内切圆 放出的粒子为 粒子 是 衰变 a对 b错 由r 知2为新核的径迹 c错 由左手定则可知d正确 答案ad 8 2009 重庆 16 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论 其中的两个核反应方程为 方程中q1 q2表示释放的能量 相关的原子核质量见下表 以下推断正确的是 a x是 q2 q1b x是 q2 q1 c x是 q2 q1d x是 q2 q1 解析由核反应前后质量数守恒 核电荷数守恒可推得x为 由核反应过程中的质量亏损可知q2 q1 故选b 答案b 9 2009 济宁市5月模拟 一个静止的原子核经 衰变放出一