高考物理一轮总复习第十三章动量近代物理初步选修3_5第40讲原子结构与原子核课件

动量近代物理初步 选修3 5 第十三章 第40讲原子结构与原子核 栏目导航 1 原子结构 1 电子的发现汤姆孙在研究阴极射线时发现了 提出了原子的枣糕模型 2 粒子散射实验 粒子散射实验是用 粒子轰击金箔 结果是 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进 粒子发生了较大的偏转 极个别 粒子甚至 考点原子结构原子核氢原子光谱 电子 绝大多数 少数 反向 3 核式结构在原子的中心有一个很小的 叫原子核 原子的 都集中在原子核里 带 在核外空间运动 核 几乎全部质量和全部正电荷 负电的电子 不连续 定态 能量状态 轨道 c 能级跃迁 原子从一种定态 设能量为E2 跃迁到另一种定态 设能量为E1 时 它 一定频率的光子 光子的能量由这两种定态的能量差决定 即h E2 E1 氢原子能级图 如图所示 辐射或吸收 3 原子核 1 天然放射现象的发现1896年 在铀矿石中发现未知的射线 把这些射线称为 射线 射线 射线 这就是天然放射现象的发现 天然放射现象的发现 说明原子核 贝克勒尔 具有复杂结构 2 三种射线的比较 4 核能 1 核力核子间的作用力 核力是短程强力 作用范围在1 5 10 15m之内 只在 的核子间发生作用 2 核能 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 叫作原子核的 能 亦称核能 3 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 这就是质量亏损 m 由质量亏损可求出释放的核能 E 相邻 核子 结合 mc2 mc2 1 判断正误 1 卢瑟福做 粒子散射实验时发现 粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转 2 氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的 3 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 4 氢原子吸收光子后 将从高能级向低能级跃迁 5 目前核电站多数是采用核聚变反应发电 6 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循电荷数守恒 7 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 8 如某放射性元素的半衰期是5天 那么100个该元素的原子核经过10天还剩下25个 1 能级图中相关量意义的说明 一能级图与氢原子的跃迁 氢原子的能级图如图所示 例1 2017 广东广州质检 如图所示 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 辐射出能量为2 55eV的光子 问 1 最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量 才能使它辐射上述能量的光子 2 请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 3 在哪两个能级之间跃迁的光子 波长最长 在哪两个能级之间跃迁的光子 频率最高 解析 1 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 辐射光子的频率应满足 h En E2 2 55eV En h E2 0 85eV 所以 n 4基态氢原子要跃迁到n 4的能级 应提供 E E4 E1 12 75eV 2 辐射跃迁图如图所示 3 由n 4向n 1能级跃迁所产生的光子 频率最高 由n 4向n 3能级跃迁所产生的光子波长最长 答案 1 12 75eV 2 3 见解析 1 衰变 衰变的比较 二原子核的衰变半衰期 例2 2017 湖北襄阳质检 1 原子核U经放射性衰变 变为原子核Th 继而经放射性衰变 变为原子核Pa 再经放射性衰变 变为原子核U 放射性衰变 和 依次为 A 衰变 衰变和 衰变B 衰变 衰变和 衰变C 衰变 衰变和 衰变D 衰变 衰变和 衰变 2 法国科学家贝可勒尔 H A Becquerel 在1896年发现了天然放射现象 如图反映的是放射性元素铀核衰变的特性曲线 由图可知 铀的半衰期为 年 请在下式的括号中 填入铀在衰变过程中原子核放出的粒子的符号 A 1620 1 核反应的四种类型 三核反应类型与核反应方程 BCD AB 1 质能方程的理解 1 一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 即E mc2 方程的含义是 物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系 物体的能量增大 质量也增大 物体的能量减少 质量也减少 2 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 释放的能量为 E mc2 3 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 四核能的计算 2 核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大 这些核最稳定 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 3 计算核能的几种方法 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 根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能 核子比结合能 核子数 思维导引 1 质量亏损放出的能量等于新核动能 粒子动能与光子能量之和 2 不计光子的动量 新核与 粒子总动量等于衰变前氡核的动量 1 多选 如图所示的四幅图涉及不同的物理知识 其中说法正确的是 AC A 图甲 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念 成为量子力学的奠基人之一B 图乙 玻尔理论指出氢原子能级是分立的 但是原子发射光子的频率却是连续的C 图丙 卢瑟福通过分析 粒子散射实验结果 建立了原子核式结构D 图丁 根据电子束通过铝箔后的衍射图样 可以说明电子具有粒子性 解析 图甲是黑体热辐射的强度与波长变化的规律图象 普朗克提出的能量子假说很好地解释了该图象 普朗克成为量子力学的奠基人之一 选项A正确 图乙是根据玻尔理论得到的氢原子能级结构图象 玻尔理论指出氢原子能级是分立的 原子发射光子的频率也是不连续的 选项B错误 图丙是 粒子散射实验结果 卢瑟福根据该实验结果建立了原子核式结构 选项C正确 图丁是电子束通过铝箔后的衍射图样 因为衍射是波的特性 所以它说明电子具有波动性 选项D错误 2 下列对原子结构的认识中 错误的是 A 原子中绝大部分是空的 原子核很小B 电子在核外绕核旋转 向心力为库仑力C 原子的全部正电荷都集中在原子核里D 原子核的直径大约为10 10m解析 卢瑟福 粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型 提出了原子的核式结构学说 并估算出原子核直径的数量级为10 15m 原子直径的数量级为10 10m 原子是原子核直径的十万倍 所以原子内部是十分 空旷 的 核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转 所以本题应选D D 3 如图所示 氢原子在下列各能级间跃迁 1 从n 2到n 1 2 从n 5到n 3 3 从n 4到n 2 在跃迁过程中辐射的电磁波的波长分别用 1 2 3表示 波长 1 2 3大小的顺序是 A 1 2 3B 1 3 2C 3 2 1D 2 3 1 B 解析 本题考查核反应方程 1 为典型的裂变方程 故A选项错误 2 为聚变反应 故B项正确 根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k 10 d 1 故C选项正确 BC 例1 2017 山西太原质检 5分 氢原子的能级如图所示 大量氢原子从n 4的能级向n 2的能级跃迁时辐射出可见光a 从n 3的能级向n 2的能级跃迁时辐射出可见光b 则 A 氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 射线B 氢原子从n 4的能级向n 3的能级跃迁时会辐射出紫外线C 在水中传播时 a光较b光的速度小D 氢原子在n 2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 答题送检 来自阅卷名师报告 解析 原子外层电子跃迁产生的只能是光波 射线由核变获得 A项错误 氢原子从n 4能级向n 3能级跃迁时产生的光的频率比从n 3能级向n 2能级跃迁放出的光子频率还小 不可能是紫外线 B项错误 a光能量大 频率大 在水中的速度小 C项正确 n 2能级的电离能为3 4eV 只有大于此能量的光子才能发生电离 D项错误 答案 C 1 氦原子被电离一个核外电子 形成类氢结构的氦离子的能级示意图如图所示 在具有下列能量的光子或者电子中 不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 A 42 8eV 光子 B 43 2eV 电子 C 41 0eV 电子 D 54 4eV 光子 A 2 如图为氢原子的能级示意图 锌的逸出功是3 34eV 那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是 A 用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象B 一群处于n 3能级的氢原子向基态跃迁时 能放出3种不同频率的光 C 一群处于n 3能级的氢原子向基态跃迁时 发出的光照射锌板 锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8 75eVD 用能量为10 3eV的光子照射 可使处于基态的氢原子跃迁到激发态E 用能量为14 0eV的光子照射 可使处于基态的氢原子电离 BCE 解析 当氢原子从高能级向低能级