2011年高三物理一轮复习 原子结构原子核课件 选修3-5

(1)原子核式结构模型电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子发现了较大，极少数粒子甚至被反弹回来,偏转,原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的原子核，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原子核的半径数量级1015m.,正电荷,质量,(2)玻尔理论定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，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跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即hEmEn.(h是普朗克常量h6.631034Js),稳定,一定频率,(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不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的,2氢原子光谱(1)光谱光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的成分和分布的记录，即光谱光谱分类有些光谱是一条条的，这样的光谱叫做线状谱有的光谱是连在一起的，这样的光谱叫做连续谱,波长(频率),强度,亮线,光带,(2)氢原子的能级、能级公式氢原子的能级和轨道半径a氢原子的能级公式：E1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量E113.6eV.b氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径r10.531010m.,氢原子的能级图，如下图所示,a能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态b横线左端的数字“1,2,3”表示量子数，右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能级c相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小d带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hEmEn.,题组演练,11如右图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是(),A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少,【解析】粒子散射实验的结果是，绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏转因此，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、极少数，故A、D正确【答案】AD,12卢瑟福于1911年提出原子核式结构学说，下述观点不正确的是()A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外绕原子核旋转，向心力是库仑引力C原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D原子核的半径大约是1010m【答案】D,13(2009年全国卷)氢原子的部分能级如下图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间由此可推知，氢原子(),A从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从n3能级向n2能级跃迁时发出的光为可见光,【解析】由可见光的能量值范围可知，在氢原子的能级值中，高能级向n3能级跃迁时，发出的光的频率小于可见光的频率，C错误；若高能级与n3能级的能量差大于3.11eV，则不能发出可见光，B错误；从高能级跃迁到n1的能级时，能量值一定大于可见光子能量值，由于：Eh能量越大，波长越短，故A正确；当原子从n3的能级向n2的能级跃迁时辐射出的光子能量在可见光的能量值范围之内，所以选项D正确【答案】AD,14若处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射的光子中，有3种频率的光子能使某金属发生光电效应，则氢原子从第3能级向低能级跃迁时，辐射的光子中，有几种光照射到该金属上时能发生光电效应()A0B1C2D3,【解析】根据能级公式及跃迁公式hEmEn可知，第4能级的氢原子向低能级跃迁时使金属发生光电效应的光子分别是能级41、31、21跃迁时产生的故氢原子从第3能级向低能级跃迁时，只有在能极31、21跃迁时产生的光子能使金属发生光电效应，故C项正确【答案】C,15紫外线照射一些物质时，会发生荧光效应，即物质发出可见光这些物质中的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为E1和E2.下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是()A先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|E1|E2|B先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|E1|E2|C两次均向高能级跃迁，且|E1|E2|D两次均向低能级跃迁，且|E1|E2|,【解析】原子首先吸收光子(紫外线)，先向高能级跃迁，后向低能级跃迁，再辐射光子(可见光)，因紫外线频率大于可见光频率，故能量大于可见光的光子能量，所以|E1|E2|，B正确【答案】B,1天然放射现象(1)天然放射现象：某些元素放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称(2)三种射线的本质：射线是，射线是，射线是,自发地,放射性元素,氦核流,电子流,电磁波,(3)三种射线的本质和特性,2.原子核的衰变(1)原子核衰变规律,(2)对半衰期的理解根据半衰期的概念，可总结出公式式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关,3放射性同位素及其应用和防护(1)人造放射性同位素的优点：放射强度容易控制；可以制成各种所需的形状；半衰期很短，废料容易处理,(2)应用：工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性；烟雾报警器的使用利用射线的电离作用，增加烟雾导电离子浓度；农业应用射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽等；做示踪原子利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质,(3)放射性污染与防护,4.核反应、核力和核能(1)核力含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核特点a核力是强相互作用的一种表现；b核力是短程力，作用范围在1.51015m之内,(2)核能质能方程：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Emc2.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a核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2；b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Emc2；,获得方式：重核裂变和轻核聚变聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大34倍,题组演练,21如下图所示甲是、三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了_射线,【解析】由图甲可知射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕【答案】,22原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量这几种反应的总效果可以表示为由平衡条件可知()Ak1，d4Bk2，d2Ck1，d6Dk2，d3,【解析】根据质量数和电荷数守恒可知：.解得：k2，d2；故选B.【答案】B,AX原子核中含有54个质子BX原子核中含有53个中子C裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量D裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒【解析】由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有54个质子，78个中子，故A正确，BD错，释放能量不是质量变成了能量，而是亏损的质量以能量的形式释放，C错【答案】A,【解析】由核反应过程中必须遵守的质量数守恒和核电荷数守恒知X是He.放出热量分别为Q1和Q2的两个核反应中质量亏损分别为0.0021u和0.0053u，故Q2Q1.【答案】B,A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用聚变反应发电【解析】核聚变过程中会发生质量亏损，同时伴有巨大的核能放出，故A、C都是错误的；聚变反应中会产生新的原子核，如本题中生成了故B正确；目前核电站的核燃料一般还是铀235，故D错误【答案】B,【答案】(1)正电子(2)t56天(5458天都算对),【解析】选项错误，卢瑟福的粒子散射实验说明了原子应该具有核式结构选项错误，天然放射现象放射出的射线是高速运动的电子流，是由原子核中的中子变成质子后产生的选项正确，写核反应方程时应遵循质量数守恒和电荷数守恒的原则选项错误，由氢原子能级方程hEmEn，,【答案】,28(2009年浙江卷)氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是()A核力、万有引力、库仑力B万有引力、库仑力、核力C库仑力、核力、万有引力D核力、库仑力、万有引力【解析】在原子核大小范围内，有强相互作用存在即核力是最大的，由于质子的质量比较小，由万有引力定律和库仑定律可知，库仑力比万有引力大，所以选D.【答案】D,一、确定衰变次数的方法,方法二：确定衰变次数，因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数,二、核反应类型,【解析】选项A、D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项BD正确【答案】BD,如下图所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n2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,【解析】(1)氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射光子的频率应满足：hEnE22.55eVEnhE20.85eV所以n4基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供：EE4E112.75eV,(2)辐射跃迁图如图所示【答案】(1)12.75eV(2)如图,(1)量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n1)；如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子为C种(2)理解氢原子能级图，量子数越大，能级差越小，发出光子波长越长,11：(1)若规定氢原子处于基态时的能量为E10，则其他各激发态的能量依次为E210.2eV、E312.09eV、E412.75eV、E513.06eV在气体放电管中，处于基态的氢原子受到能量为12.8eV的高速电子轰击而跃迁到激发态，在这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中(),A总共能辐射出6种不同频率的光子B总共能辐射出10种不同频率的光子C辐射出波长最长的光子是从n4跃迁到n3能级时放出的D辐射出波长最长的光子是从n5跃迁到n4能级时放出的,(2)氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为10.6328m，23.39m.已知波长为1的激光是氖原子在能级间隔为E11.96eV的两个能级之间跃迁产生的用E2表示产生波长为2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则E2的近似值为_【解析】(1)基态氢原子被高速电子轰击而跃迁时可获得小于12.8eV的能量，依题意可知基态的氢原子可跃迁到n4能级，氢原子在n4能级向低能级跃迁的过程中可能有：41、42、43、31、32、21等6种不同频率的光子辐射出来，其中从n4跃迁到n3能级时辐射出的光子能量最小，频率最低，波长最长，故A、C对,(2)光子能量与其频率成正比，与波长成反比，根据发射(吸收)光子的能量等于对应的两个能级间隔所以能级间隔与光子波长成反比，即：E1E221，解之得：E20.36eV.【答案】(1)AC(2)0.36eV,假设两个氚核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氚核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u.(1)聚变的核反应方程式是_，在聚变核反应中释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字),(1)核能的计算方法根据Emc2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Em931.5MeV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)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算,(1)_是发现中子的核反应方程，_是研究两弹的基本核反应方程式(2)求B项中X的质量数和中子数(3)判断以上五个核反应的反应类型,【解析】(1)E是查德威克发现中子的核反应方程，A是氢弹，B是原子弹的核反应方程(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X质量数为140，电荷数为54，所以中子数为：1405486.(3)衰变是原子核自发地放出粒子或粒子的反应，C是衰变，D是衰变，E是人工控制的原子核的变化，属人工转变，裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应，B是裂变，聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应，A是聚变【答案】(1)EAB(2)14086(3)A.聚变B裂变C衰变D衰变E人工转变,(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求粒子的动能,31：太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射已知氘核质量为2.0136u，氦核质量为3.0150u，中子质量为1.0087u1u相当于931.5MeV则：(1)完成核反应方程：(2)求核反应中释放的核能(3)在两氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能,【答案】(1)He(2)3.26MeV(3)0.99MeV2.97MeV,(2)下列说法中正确的是_,A卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核式结构模型B宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性C衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说E对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应F根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电了的运动加速度增大,(3)一静止的质量为M的铀核(U)发生衰变转变成钍核(Th)，放出的粒子速度为v0、质量为m.假设铀核发生衰变时，释放的能量全部转化为粒子和钍核的动能求衰变过程中释放的核能,【解析】(1)可知X粒子为H.(2)宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性，B项错误；衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子放出一个电子，C项错误；由极限频率概念判断E项正确；根据玻尔理论，可知氢原子辐射出一个光子后，能量减小，电场力做正功，电势能减小，动能增加,(3)设钍核的速度大小为v，由动量守恒定律，得：,2(2009年江苏)在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(01e)，即,中微子可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_(填写选项前的字母)A0和0B0和1C1和0D1和1,(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子()，即已知正电子和电子的质量都为9.11031kg，反应中产生的每个光子的能量约为_J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_,(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小【解析】(1)根据方程的质量数与电荷数守恒判断出质量数与电荷数均为零,(2)利用质能方程可得出每个光子的能量，正电子与电子相遇遵循动量守恒不可能只转化为一个光子,3(1)氢原子能级图如下图所示，则要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是_eV；一群处于n4能级的氢原子回到n2能级的过程中，可能辐射_种不同频率的光子,(2)静止的锂核Li俘获一个速度为8106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核He，它的速度大小是8106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同，求反应后产生的另一个粒子的速率【解析】(1)13.63,【答案】(1)13.63(2)8106m/s,4(1)近期媒体报道，叛逃到英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡英国警方调查认为，毒杀利特维年科的是超级毒药放射性元素钋(Po)Po的半衰期为138d，经衰变生成稳定的铅(Pb)，那么经过276d,100gPo已衰变的质量为_g.,(2)一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为m，已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1mol氘和1mol氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为()ANAmc2B2NAmc2C.NAmc2