重庆市万州区龙宝中学高考物理总复习 第3讲 原子结构 原子核课件.ppt

第3讲原子结构原子核 抓住五个考点 备选视频展台 突破四个考向 随堂基础演练 1 氢原子光谱氢原子的能级结构 能级公式2 原子核的组成 放射性 原子核的衰变 半衰期放射性同位素3 核力 结合能 质量亏损4 裂变反应和聚变反应 裂变反应堆核反应方程5 射线的危害和防护 1 能级跃迁问题2 原子核衰变及半衰期3 核反应方程及核反应类型的判断4 质量亏损及核能的计算 动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核备选多媒体展台1 动量守恒定律的验证2 生活中的碰撞实例3 科学的转折 光的粒子性4 用汤姆孙气体放电管测量电子的比荷5 原子的核式结构的发现6 玻尔的原子模型和氢的特征光谱7 天然放射现象8 质子与中子的发现9 链式反应10 核电站与反应堆11 原子弹与氢弹 审题视角1 当氢原子从高能级向低能级跃迁释放的能量大于金属钾的逸出功2 22ev时 即能够从金属钾表面打出光电子 2 因e3 e1 12 11ev 2 22ev 能打出光电子 因e2 e1 10 2ev 2 22ev 能打出光电子 因e3 e2 1 89ev 2 22ev 不能打出光电子 01抓住五个考点 思维驱动 已知金属钾的逸出功为2 22ev 氢原子的能级如图所示 一群处在n 3能级的氢原子向低能级跃迁时 能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有 a 一种b 两种c 三种d 四种 解析 显隐 01抓住五个考点 知识存盘 一 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 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 二 氢原子光谱及能级1 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多条 称为线状谱 有些光谱是连在一块的 称为连续谱 汤姆孙 卢瑟福 原来 正电荷 质量 波长 动画展示 原子的核式结构的发现 亮线 光带 01抓住五个考点 3 氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线 其波长公式 n 3 4 5 r是里德伯常量 r 1 10 107m 1 n为量子数 2 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 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 不连续 稳定 em en 不连续 不连续 01抓住五个考点 3 氢原子的能级 能级公式 1 氢原子的能级能级图如图所示 2 氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式 en e1 n2 n 1 2 3 其中e1为 其数值为e1 13 6ev 氢原子的半径公式 rn n2r1 n 1 2 3 其中r1为 又称玻尔半径 其数值为r1 0 53 10 10m 基态能量 基态半径 动画展示 玻尔的原子模型和氢的特征光谱 01抓住五个考点 原子物理知识结构 思维驱动 01抓住五个考点 解析 衰变释放出电子e 根据质量数守恒和电荷数守恒可进一步确定选项b正确 答案b 解析 显隐 知识存盘 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 1 天然放射现象元素 地放出射线的现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明 具有复杂的结构 质子数 原子核 质子 自发 碘进行 衰变释放出电子e 01抓住五个考点 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 3 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 放射性 放射性 射线 射线 射线 天然 人工 示踪原子 原子核 原子核 动画展示 天然放射现象 01抓住五个考点 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 2 分类 01抓住五个考点 1 天然放射及特点 原子核衰变过程 电荷数 质量数守恒 2 人造放射性同位素的优点 1 放射强度容易控制 2 可以制成各种所需的形状 3 半衰期很短 废料容易处理 正 负 中 强 弱 最弱 弱 强 极强 he e 光子 0 1c 0 99c c 氦核流 电子流 光子流 01抓住五个考点 思维驱动 2010 北京卷 15 太阳因核聚变释放出巨大的能量 同时其质量不断减少 太阳每秒钟辐射出的能量约为4 1026j 根据爱因斯坦质能方程 太阳每秒钟减少的质量最接近 a 1036kgb 1018kgc 1013kgd 109kg 解析 显隐 01抓住五个考点 知识存盘 1 核力核子间的作用力 核力是 强引力 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 叫做原子核的 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 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 e 相邻 结合 mc2 mc2 核子 短程 01抓住五个考点 思维驱动 解析核反应类型分四种 方程特点各有不同 衰变方程的左边只有一个原子核 右边出现 或 粒子 聚变方程的左边是两个轻核反应 右边是中等原子核 裂变方程的左边是重核与中子反应 右边是中等原子核 人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应 右边也是常见元素的原子核 由此可知b d两选项正确 答案bd 解析 显隐 核反应有以下类型 衰变 衰变 轻核聚变 重核裂变 原子核的人工核转变 01抓住五个考点 知识存盘 1 裂变反应和聚变反应 1 重核裂变 是重核分裂成中等质量的核的反应过程 如 由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应 发生链式反应的条件是 裂变物质的体积 临界体积 裂变的应用 原子弹 核反应堆 2 轻核聚变 聚变是两个轻核结合成 的核的反应过程 如 使核发生聚变需要几百万度以上的高温 因此聚变又叫 大于等于 质量较大 热核反应 动画展示 链式反应 01抓住五个考点 2 核反应的四种类型 01抓住五个考点 01抓住五个考点 2011 上海卷 7 在存放放射性元素时 若把放射性元素 置于大量水中 密封于铅盒中 与轻核元素结合成化合物 则 a 措施 可减缓放射性元素衰变b 措施 可减缓放射性元素衰变c 措施 可减缓放射性元素衰变d 上述措施均无法减缓放射性元素衰变 解析放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定 与外界因素无关 所以a b c错误 d正确 答案d 解析 显隐 放射性元素的衰变快慢只由原子核内部的因素决定 跟原子所处的物理性质 化学性质 外界因素均无关 01抓住五个考点 知识存盘 本栏内容结束 动画展示 核电站与反应堆 典例1 2012 江苏 12c 如图所示是某原子的能级图 a b c为原子跃迁所发出的三种波长的光 在下列该原子光谱的各选项中 谱线从左向右的波长依次增大 则正确的是 02突破四个考向 审题导析1 两个能级间的能量差值越大 辐射光的频率就越大 其波长就越短 2 e3 e1 e2 e1 e3 e2 b光的能量最小 波长最长 a光的能量最大 波长最短 02突破四个考向 借题发挥 能级跃迁的规律 如图所示 1 定态间的跃迁 满足能级差n小 n大吸收能量 h en大 en小 n大 n小放出能量 h en大 en小 02突破四个考向 2 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 4ev3 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 4 如果是一群氢原子 向低能级跃迁时最多发出的光谱线条数的 方法1 采用画图法 原子在两个不同能级间跃迁能产生一条频率不同的光谱线 求解方法 方法2 用数学组合公式求解 n n n 1 2 变式跟踪1 如图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 a 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 02突破四个考向 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 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对 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 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 答案b 解析 显隐 a b 02突破四个考向 解析 显隐 审题导析1 原子核的衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒 2 先写出核反应方程再配平系数 02突破四个考向 借题发挥 衰变规律及实质 02突破四个考向 解析衰变过程中原子核的质量数守恒 但是会出现质量亏损 则选项a错误 给钍加热 钍的半衰期不变 故选项c错误 答案bd 解析 显隐 02突破四个考向 解析 显隐 注意这几种核反应类型的区别 核反应方程的书写1 核反应过程一般都不是可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒 核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化 质量亏损 且释放出核能 4 核反应遵循电荷数守恒 02突破四个考向 借题发挥 02突破四个考向 d b a 144 88 2 人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核 箭头的右边也是常见元素的原子核 d是查德威克发现中子的核反应方程 b是裂变反应 是研究原子弹的核反应方程 a是聚变反应 是研究氢弹的核反应方程 由电荷数守恒和质量数守恒可以判定 x质量数为144 电荷数为56 所以中子数为144 56 88 答案 1 c 2 dba 14488 02突破四个考向 02突破四个考向 根据核反应中质量数守恒 电荷数守恒解答 先计算钚核衰变过程中的质量亏损 再根据爱因斯坦质能方程求出衰变放出的能量 静止的钚核衰变成铀核和x核 遵从动量守恒定律 由铀核与x核动量大小相等 可求其动能之比 5 31 58 7 42he 02突破四个考向