2020版高考物理一轮复习第12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

第3讲原子结构原子核 知识排查 原子结构 1 电子的发现 英国物理学家 发现了电子 2 美国物理学家 测出了电子的电荷量 3 汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型 他认为原子是一个 弥漫性地均匀分布在整个球体内 镶嵌其中 汤姆孙 密立根 球体 正电荷 电子 4 粒子散射实验 1 实验装置 粒子源 放大镜和 2 实验现象 绝大多数的 粒子穿过金箔后 基本上 的方向前进 少数 粒子发生了 偏转 极少数 粒子的偏转角度 甚至有极个别 粒子几乎被 撞了回来 3 实验意义 卢瑟福通过 粒子散射实验 否定了汤姆孙的原子模型 建立了 模型 大于90 金箔 荧光屏 仍沿原来 大角度 核式结构 5 核式结构模型1911年由卢瑟福提出 在原子中心有一个很小的核 叫 它集中了原子全部的 和几乎全部的 在核外空间运动 6 原子核的电荷与尺度 原子核 正电荷 质量 电子 电子数 质子和中子 质子 10 10m 10 15m 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 频率 和强度分布的记录 即光谱 2 光谱分类 氢原子光谱 波长 连续 吸收 特征 4 光谱分析 利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分 且灵敏度很高 在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义 特征谱线 5 理尔理论 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 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 em en 不连续 稳定 不连续 不连续 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 2 天然放射现象元素 地放出射线的现象 首先由 发现 天然放射现象的发现 说明原子核具有 的结构 3 放射性同位素的应用与防护 1 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 2 应用 消除静电 工业探伤 做 等 3 防护 防止放射性对人体组织的伤害 原子核的组成 放射性 原子核的衰变 半衰期 放射性同位素 质子 质子数 自发 贝克勒尔 复杂 天然 人工 示踪原子 4 原子核的衰变 1 衰变 原子核放出 粒子或 粒子 变成另一种 的变化称为 的衰变 2 分类 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 1 核力原子核内部 所特有的相互作用力 2 核能 1 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 其对应的能量 e 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 核力和核能 mc2 mc2 核子间 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 2 典型的裂变反应方程 裂变反应和聚变反应 裂变反应堆核反应方程 3 链式反应 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 中子 链式反应 原子弹 镉棒 2 轻核聚变 1 定义 两个轻核结合成 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 小题速练 1 思考判断 1 原子中绝大部分是空的 原子核很小 2 核式结构学说是卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出的 3 氢原子光谱是由一条一条亮线组成的 4 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱 也成功地解释了氦原子光谱 5 按照玻尔理论 核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上 6 人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的 7 人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的 8 如果某放射性元素的原子核有100个 经过一个半衰期后还剩50个 9 原子序数小于83的元素都没有放射性 10 射线是一种高能粒子流 可以用来工业探伤 11 原子核发生 衰变时放出一个电子 说明原子核内有电子 12 爱因斯坦质能方程反映了物体的质量和能量可以相互转化 13 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 也遵循电荷数守恒 14 轻核聚变须达到几百万摄氏度以上的高温 自然界不存在轻核聚变 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 多选 从 粒子散射实验结果出发推出的结论 其中正确的是 a 金原子内部大部分都是空的b 金原子是一个球体c 汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况d 原子核的半径的数量级是10 15m 解析 粒子散射实验结果表明 绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 但有少数 粒子发生了较大角度的偏转 并有极少数 粒子的偏转角度超过90 有的甚至几乎被反弹回来 则从 粒子散射实验结果出发推出的结论有金原子内部大部分都是空的 汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况 原子核的半径的数量级是10 15m 不能说明金原子是球体 选项a c d正确 答案acd 3 在同位素氕 氘 氚的核内具有相同的 a 核子数b 电子数c 中子数d 质子数解析同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素 故氕 氘 氚的核内具有相同的质子数 选项d正确 答案d 4 多选 以下说法中 属于玻尔所提出的原子模型理论的是 a 原子处在具有一定能量的定态中 虽然电子做圆周运动 但不向外辐射能量b 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应 而电子的可能轨道分布是不连续的c 电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时 辐射 或吸收 一定频率的光子d 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 解析原子处于称为定态的能量状态时 虽然电子做圆周运动 但并不向外辐射能量 故a正确 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应 而电子的可能轨道的分布是不连续的 故b正确 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时 辐射 或吸收 一定频率的光子 故c正确 电子跃迁时辐射的光子的频率等于能级差值 与电子绕核做圆周运动的频率无关 故d错误 答案abc 5 多选 关于核衰变和核反应的类型 下列表述正确的是 答案ac 答案c 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 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 3 解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意 1 能级之间发生跃迁时放出 吸收 光子的频率由h em en求得 若求波长可由公式c 求得 2 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n 1 3 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 4 几种跃迁情况说明 1 原子跃迁条件h em en只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 2 当光子能量大于或等于13 6ev时 也可以被处于基态的氢原子吸收 使氢原子电离 当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13 6ev时 氢原子电离后 电子具有一定的初动能 3 原子还可吸收外来实物粒子 例如自由电子 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的能量差 就可以使原子受激发而向较高能级跃迁 典例 2018 4月浙江选考 多选 氢原子的能级图如图1所示 关于大量氢原子的能级跃迁 下列说法正确的是 可见光的波长范围为4 0 10 7m 7 6 10 7m 普朗克常量h 6 6 10 34j s 真空中的光速c 3 0 108m s a 氢原子从高能级跃迁到基态时 会辐射 射线b 氢原子处在n 4能级时 会辐射可见光c 氢原子从高能级向n 3能级跃迁时 辐射的光具有显著的热效应d 氢原子从高能级向n 2能级跃迁时 辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1 89ev 图1 答案bc 1 2016 10月浙江选考 多选 如图2为氢原子能级图 氢原子中的电子从n 5能级跃迁到n 2能级可产生a光 从n 4能级跃迁到n 2能级可产生b光 a光和b光的波长分别为 a和 b 照射到逸出功为2 29ev的金属钠表面均可产生光电效应 遏止电压分别为ua和ub 则 a a bb ua ubc a光的光子能量为2 86evd b光产生的光电子最大初动能ek 0 26ev 图2 答案bcd 2 多选 氢原子从n 6能级跃迁到n 2能级时辐射出频率为 1的光子 从n 5能级跃迁到n 2能级时辐射出频率为 2的光子 下列说法中 正确的是 a 频率为 1的光子的能量较大b 频率为 1的光子的动量较大c 做双缝干涉实验时 频率为 1的光产生的条纹间距较大d 做光电效应实验时 频率为 1的光产生的光电子的最大初动能较大 答案abd 答案bd 1 衰变规律及实质 1 衰变和 衰变的比较 放射性元素的衰变 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 3 半衰期的理解 答案b 1 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 解析原子序号大于等于83的元素都能发生衰变 原子序数小于83的有的也能发生衰变 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 答案bcd 解析由质量数守恒和电荷数守恒得 238 222 4m 92 86 2m n 联立解得 m 4 n 2 答案b 答案b 1 核反应的四种类型 核裂变 核聚变 2 书写核反应方程时应注意 1 必须遵守电荷数守恒 质量数守恒规律 2 核反应方程中的箭头 表示核反应进行的方向 不能把箭头写成等号 答案bd 答案a 答案ad 1 质能方程的三个易错点 1 质量亏损并不是质量消失 只是静止质量变成了运动的质量 2 质量亏损也不是核子个数的减少 核反应中核子个数是不变的 3 质量和能量这两个量并不可以相互转化 只是这两个量在数值上有联系 核能的计算 2 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦质能方程列式计算 即 e mc2 m的单位 kg 2 根据1u相当于931 5mev 则 e m 931 5mev m的单位 u 1u 1 6606 10 27kg 3 核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律 因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来