江苏省高考物理大一轮复习 第十四章（选修35）3 原子与原子核 氢原子光谱课件.ppt

第十四章选修3 5 第3讲原子与原子核氢原子光谱 卢瑟福 绝大多数 少数 正电荷 质量 3 线状谱和连续谱 光谱是一条条分立的 称为线状谱 光谱是连在一起的 称为连续谱 4 原子的特征谱线 各种原子的发射光谱都是 不同原子的线状谱 我们把这些不同的谱线称为原子的 利用原子的特征谱线分析物质的方法称为 亮线 光带 线状谱 不同 特征谱线 光谱分析 5 玻尔原子理论的两个内容 1 轨道量子化与定态 原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动 原子的定态是 因而电子的轨道是 化的 原子只能处于一系列的不连续的能量状态中 在这些状态中原子是 的 这些状态叫 2 频率条件 原子从一种定态 到另一定态时 它辐射 或吸收 频率的光子 光子的能量由这两个定态的 决定 即h 不连续的 量子 稳定 定态 跃迁 一定 能量差 6 能级 原子在各个 时所具有的能量 原子处于最低能级时 电子处在离核最近的轨道上 这种定态叫 其他定态叫 电子离核越远原子所对应的能量越 通常情况下 原子处于基态 基态是最稳定的 一般情况下我们可以通过 来形象描述跃迁过程 7 放射性 物质发射某种看不见的 的性质 8 放射性元素 具有 性的元素 9 天然放射现象 元素具有 放出射线的现象 放出射线的种类 射线 射线 射线 定态 基态 激发态 大 能级图 射线 放射 自发地 10 原子核的衰变 衰变 放出 的衰变 衰变 放出 的衰变 射线是伴随着 衰变同时产生的 11 半衰期 放射性元素的原子核有 发生衰变需要的时间 放射性元素的半衰期描述的是 规律 放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的 跟原子所处的 和 都没有关系 12 原子核的组成 原子核由 符号p 和 符号n 组成 统称为 质子所带总电荷量就是 而且在数值上还等于 粒子 粒子 半数 统计 核内部自身 化学状态 外部条件 质子 中子 核子 原子核所带电荷量 核外电子的电荷量 13 核力的特点 1 核力是 的一种表现 2 核力是 3 核力存在于相邻 之间 14 结合能 原子核越大 结合能越 它的 与 之比 叫做比结合能 也叫 比结合能越大 表示原子核中核子结合得越 原子核越 15 核反应 原子核在其他粒子轰击下产生 的过程 核反应中释放的能量叫做 16 质量亏损 核反应中质量 的现象 17 质能方程 物体具有的能量与质量成 即e 强相互作用 短程力 核子 高 结合能 核子数 平均结合能 牢固 稳定 新的原子核 核能 变小 正比 18 链式反应 由重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程 通常把裂变物质能够产生链式反应的最小体积叫它的 相应的质量叫做 中子 临界体积 临界质量 较小 3 较大 氢原子光谱及原子跃迁 2 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的两能级间的能量差 3 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 氢原子电离后 电子具有一定的初动能 4 实物粒子和原子碰撞情况 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动能大于或等于原子某两定态能级之差 也可以使原子受激发而向较高能级跃迁 典题演示1 2016 南通 泰州 扬州 淮安二模 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的 因此光谱的研究是探索原子结构的一条重要途径 关于氢原子光谱 氢原子能级和氢原子核外电子的运动 下列说法中正确的是 a 氢原子巴耳末线系谱线是包含从红外到紫外的线状谱b 氢原子光谱的不连续性 表明氢原子的能级是不连续的c 氢原子处于不同能级时 电子在各处的概率是相同的d 氢光谱管内气体导电发光是热辐射现象 解析 巴耳末系谱线是可见光的线状谱 a项错误 原子的能级是不连续的 b项正确 氢原子的电子处于低能级的概率大 c项错误 气体导电发光是电离现象 d项错误 b 典题演示2 2016 苏北四市三模 如图所示为氢原子的能级图 n为量子数 若氢原子由n 3跃迁到n 2的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应 则一群处于n 4的氢原子在向基态跃迁时 产生的光子中有 种频率的光子能使该金属产生光电效应 其中光电子的最大初动能ekm ev 5 10 86 解析 氢原子从第3能级向第2能级时 发出光子的能量为1 89ev 从第4能级向基态跃迁发出6种频率的光子 其中光子能量大于或等于1 89ev的有5种 从第4能级直接跃迁到基态的光子产生光电效应时 对应的最大初动能最大 为ek h w0 e4 e1 e3 e2 10 86ev 1 三种射线的性质 原子核的衰变 2 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 cd 典题演示4 2015 山东卷 14c发生放射性衰变为14n 半衰期约为5700y 已知植物存活其间 其体内14c与12c的比例不变 生命活动结束后 14c的比例持续减少 现通过测量得知 某古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一 下列说法中正确的是 a 该古木的年代距今约为5700yb 12c 13c 14c具有相同的中子数c 14c衰变为14n的过程中放出 射线d 增加样品测量环境的压强将加速14c的衰变 ac 解析 因古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一 则可知经过的时间为一个半衰期 即该古木的年代距今约为5700y 选项a正确 12c 13c 14c具有相同的质子数 由于质量数不同 故中子数不同 选项b错误 根据核反应方程可知 14c衰变为14n的过程中放出电子 即发出 射线 选项c正确 外界环境不影响放射性元素的半衰期 选项d错误 故选a c 1 核反应的四种类型 核反应方程与核能的计算 2 书写核反应方程的注意点 1 核反应过程一般都是不可逆的 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 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循电荷数守恒 3 核能计算 1 核能的计算方法 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 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 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 2 获得核能的途径 重核裂变 a 裂变过程中能够放出巨大的能量 b 裂变的同时能够放出2 3 或更多 个中子 c 裂变的产物不是唯一的 对于铀核裂变有二分裂 三分裂和四分裂形式 但三分裂和四分裂概率比较小 轻核聚变 a 聚变过程放出大量的能量 平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍 b 聚变反应比裂变反应更剧烈 c 对环境污染较少 d 自然界中聚变反应原料丰富 典题演示5 2016 南京最后一卷 太阳内部不断进行着各种核聚变反应 一个氘核和一个氚核结合成一个氦核是其中一种 其核反应方程为 如果氘核的比结合能为e1 氚核的比结合能为e2 氦核的比结合能为e3 则上述反应释放的能量可表示为 典题演示6 2016 南通一模 一静止的钚核发生衰变后放出一个 粒子变成铀核 已知钚核质量为m1 粒子质量为m2 铀核质量为m3 光在真空中的传播速度为c 1 如果放出的 粒子的速度大小为v 求铀核的速度大小v 2 求此衰变过程中释放的总能量 答案 m1 m2 m3 c2 典题演示7 2016 南京三模 静止的原子核x 自发发生反应x y z 分裂成运动的新核y和z 同时产生一对彼此向相反方向运动的光子 光子的能量均为e 已知x y z的质量分别为m1 m2 m3 真空中的光速为c 求 1 反应放出的核能 e 答案 m1 m2 m3 c2 2 新核y的动能eky 1 2016 盐城三模 如图所示为氢原子光谱中的三条谱线 下列对这三条谱线的描述中正确的是 a 乙谱线光子能量最大b 甲谱线是电子由基态向激发态跃迁发出的c 丙谱线是电子在两个激发态间跃迁发出的d 每条谱线对应核外电子绕核旋转的一条轨道 任一谱线的频率等于电子做圆周运动的频率 c 解析 甲的波长最短 频率最大 光子的能量最大 a项错误 只有从高能级往低能级跃迁才会发出光子 b项错误 丙谱线对应的光子能量在三条谱线中最小 不会是激发态向基态跃迁时形成的 c项正确 光谱不能用经典电磁理论来解释 d项错误 2 2015 无锡一模 下列关于原子结构和原子核的说法中 错误的是 a 卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型b 天然放射性元素在衰变过程中核电荷数和质量数守恒 其放射线在磁场中不偏转的是 射线c 由图可知 原子核a裂变成原子核b和c要放出核能d 由图可知 原子核d和e聚变成原子核f要吸收能量 d 解析 射线不带电 在磁场中不偏转 b项正确 原子核d和e聚变成原子核f时有质量亏损 放出核能 d项错误 ad bd 6 2016 淮安5月模拟 氢原子的能级图如图所示 现有一群处于n 4能级上的氢原子 要使它们回到n 2能级过