专题9——热学 光学和原子物理第3课时(9).ppt

第3课时原子和原子核,基础回扣1.原子的核式结构原子核(1)年,汤姆孙发现了,提出了原子的枣糕模型.(2)英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了实验,实验的结果是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但有少数粒子发生较大的偏转.,1898,电子,粒子,散射,(3)原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核.原子的全部正电荷量和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间运动.(4)具有相同的而不同的原子,在元素周期表中处于同一位置,互称同位素.2.能级和能级跃迁(1)量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn=n2r1(n=1,2,3)(2)量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En=(n=1,2,3),质子数,中子数,轨道,能量,(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射的光子,光子的能量h=Em-En.3.天然放射现象、衰变、放射性的应用和防护(1)元素自发地放出射线的现象叫做.放射性物质放出的射线通常有三种:、.(2)原子核放出粒子或粒子后,就变成新的原子核,我们把这种变化称为原子核的衰变.在衰变过程中,和都守恒.(3)放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间,叫做这种元素的半衰期.放射性元素衰变的,一定,频率,天然放射现象,射线,射,射线,电荷数,质量数,半数,线,是由本身的因素决定的,跟原子所处的状态无关.(4)放射性同位素的应用:一是利用它的;二是作为.(5)射线、射线、射线之间的区别,核内部,物理,或化学,射线,示踪原子,氦核流,电子流,电磁波,4.核反应、核能、裂变、聚变(1)在物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为.在此过程中,质量数和电荷数都守恒.爱因斯坦的质能方程是.(2)核物理中,把重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应,称为裂变;把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应,称为.(3)铀核裂变的核反应方程是.氢核聚变的核反应方程是.(4)在核反应堆中,石墨的作用是作为;镉棒的作用是控制反应速度;水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线.,核反应,E=mc2,聚变,减速剂,5.核反应规律和原子核的人工转变(1)核反应的规律为:反应前后质量数守恒和守恒.(2)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为:查德威克发现中子的核反应方程为:约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为:,电荷,数,思路方法1.在配平核反应方程式时,一般先满足守恒,后满足守恒.2.在处理粒子的碰撞和衰变问题时,通常应用动量守恒定律、质能方程和能的转化与守恒定律综合分析.3.核能的计算方法若m以kg为单位,则E=mc2,E的单位为.若m以原子的质量单位u为单位,则E=m931.5MeV.,质量数,电荷数,焦耳,题型1原子物理基础知识的理解例1(2009山东调研)以下说法正确的是（）A.普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说B.康普顿效应说明光子有动量,即光具有粒子性C.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子的发光现象D.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构,解析普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,A正确;康普顿效应说明光子有动量,即光具有粒子性,B正确;玻尔建立了量子理论,解释了氢原子的发光现象,C错;天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构,D错;答案AB,例2(2009高考标准测试卷押题卷)在全球能源危机的背景下,核能的开发已成为全球的焦点问题.核电站的核能来源于的裂变,现有4种说法:原子核中有92个质子、143个中子;裂变的产物多种多样,一种典型的反应是裂变为钡和氪,核反应方程为;是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度其半衰期会缩短;如果一个裂变时的质量亏损为m=0.357810-27kg,则释放的能量约为201MeV.以上的四种说法正确的是（）A.B.C.D.,解析根据原子核表示方法的意义可知正确;由核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知正确;半衰期只与元素的种类有关错;由爱因斯坦质能方程知正确.答案D,由于原子和原子核这一部分的内容比较琐碎,复习时要根据考点要求,理出知识脉络,识记重要知识点.,预测演练1(2009珠海市第二次调研)放射性元素能自发地放出射线,变成别的元素,同时伴随核能的释放,下列表述中正确的是（）A.、三种射线都是电磁波B.在、三种射线中电离能力最弱的是射线C.太阳辐射的能量是由轻核聚变产生的D.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度,它的半衰期不发生改变,CD,预测演练2(2009辽宁省部分重点中学协作体高考模拟)以下是有关近代物理内容的若干叙述,其中正确的是（）A.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B.光电效应揭示了光的粒子性,而康普顿效应则反映了光的波动性C.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增大D.发生一次衰变,该原子外层就失去一个电子E.每种原子都有自己的特征光谱,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成,CE,题型2玻尔理论和能级跃迁例3(2009济宁市5月模拟)1885年,巴耳末发现了氢原子可见光光谱的谱线波长公式:(n=3,4,5,),其中R=1.10107m-1,称为里德伯常量.1913年,玻尔提出了原子结构假说,可以很好地推导出巴耳末公式.(1)用巴耳末公式计算n=5时氢原子光谱的谱线波长,并说明这条谱线是氢原子在哪两个能级之间跃迁得到的.(2)用玻尔理论得到的氢原子能级图(图9-3-1)中的数据计算氢原子从n=5能级向n=2能级跃迁得到谱线的波长.(真空中光速c=3.0108m/s,普朗克常量,h=6.6310-34Js,电子的电荷量e=1.610-19C,计算结果均保留三位有效数字),图9-3-1,解析(1)根据巴耳末公式,得=4.3310-7m巴耳末公式n=5时计算出的氢原子光谱的谱线是氢原子从量子数为5的能级跃迁到量子数为2的能级形成的.(2)n=2时,E2=-3.4eV;n=5时,E5=-0.54eV,及h=E5-E2,=得=4.3510-7m,答案(1)4.3310-7m氢原子在能级5和能级2之间跃迁得到的(2)4.3510-7m,在涉及能级跃迁和微观粒子的弹性碰撞问题时,一般应用h=Em-En和能级公式En=,并结合动量和能量的观点分析解决问题.,预测演练3(2009淄博市第二次检测)在真空中,氢原子从能级A跃迁到能级B时,辐射出波长为1的光子;从能级A跃迁到能级C时,辐射出波长为2的光子.若12,真空中的光速为c,则氢原子从能级B跃迁到能级C时（）A.将吸收光子,光子的波长为,B.将辐射光子,光子的波长为C.将吸收光子,光子的频率为D.将辐射光子,光子的频率为,解析12,12,能级图如右图所示.从B到C要辐射光子,EBC=.,答案B,题型3核反应与核能例4设太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核放出2个正电子的热核反应,这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源,已知mP=1.007276u,mHe=4.002603u,me=0.000548u.(1)写出这个核反应方程.(2)这一核反应释放出的能量有多少焦?(3)若太阳向空间辐射的总功率为3.81026W,则太阳的质量每秒将减少多少千克?,解析(1)核反应方程式为:(2)设核反应中放出的结合能为E=(4mP-mHe-2me)c2,解得E=23.6MeV=3.7810-12J(3)太阳每秒减少的质量为m=解得m=4.2109kg,答案(1)(2)3.7810-12J(3)4.2109kg,1.书写核反应方程,在遵循事实的前提下,一定满足两个守恒:质量数守恒和电荷数守恒.2.核反应过程中,虽然是微观世界,但一定满足两个守恒:动量守恒和能量守恒.,3.计算核能时,m的单位不同,计算方法可不同,未必一定采用国际单位,1u相当于931.5MeV.4.核反应过程中,如果涉及到能量问题,经常用到动量和能量的关系式Ek=进行计算.,预测演练4(2009聊城市高考模拟二)两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素).已知氘核的质量mD=2.0136u,氦核的质量mHe=3.0150u,中子的质量mn=1.0087u(1u相当于931MeV).(1)写出聚变方程并计算释放的核能.(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35MeV.它们对心正碰发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?,解析(1)聚变的核反应方程核反应过程中的质量亏损为m=2mD-(mHe+mn)=0.0035u释放的核能为E=mc2=0.0035931MeV=3.26MeV(2)对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同,其动量等值反向,因此反应前后系统的动量为0,即0=mHevHe+mnvn反应前后总能量守恒,即=E+2Ek0解得EkHe=0.99MeV,Ekn=2.97MeV,答案(1)3.26MeV(2)0.99MeV2.97MeV,题型4衰变与圆周运动知识的结合例5(2009辽宁省普通高校招生统一考试测试)云室处于一个垂直纸面向外的匀强磁场中,一个静止的原子核在云室中发生了一次衰变,其衰变产物在磁场中运动的圆轨迹如图9-3-2所示.已知新核Y的质量为M,粒子的质量为m,衰变后粒子的速度大小为v.,图9-3-2,(1)该过程发生了衰变还是衰变?写出核反应方程.(2)若原子核衰变时的能量都以粒子和新核的动能形式释放.求衰变时释放出的总能量(亏损的质量与粒子质量相比可忽略不计).,解析(1)该过程是衰变核反应方程为:(2)原子核在衰变前后动量守恒,设衰变后新核的速度为v1,则有Mv1=mv根据题意可知,衰变释放的总能量E=联立得E=,答案(1)衰变,1.衰变前后动量守恒.2.衰变后新生成的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.,预测演练5(2009邯郸市5月第二次模拟)介子的衰变方程为,其中介子和介子为带负电的元电荷,介子不带电,一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中,其轨迹为圆弧(图中虚线所示),则介子和介子的运动轨迹可能是图中的（）,解析用左手定则并结合动量守恒定律求解.答案AB,1.(2009重庆市第二次质量调研抽测)氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时,辐射出光子a;从n=3能级跃迁到n=1能级时,辐射出光子b.则下列说法中正确的是（）A.氢原子从n=4跃迁到n=2,电子动能的增加量等于氢原子电势能的减少量B.在真空中a光子的传播速度大于b光子的传播速度C.光子a的能量大于光子b的能量D.光子a的波长大于光子b的波长,解析由于从n=4跃迁到n=2要向外辐射能量,A错;aQ1C.X是，Q2Q1D.X是,Q2Q1,故选B.答案B,9.(2009济宁市5月模拟)一个静止的原子核经衰变放出一个粒子并生成一个新核,粒子的动能为E0.设衰变时产生的能量全部变成粒子和新核的动能,则在此衰变过程中的质量亏损为(),解析,由于粒子与新核动量大小相等,Ek=,Ek=E0,Ek新=,E=E0+=.答案D,10.(2009山东38)历史上第一次利用加速器实现的核反应,是用加速后动能为0.5MeV的质子轰击静止的,生成两个动能均为8.9MeV的.(1MeV=1.610-13J)(1)上述核反应方程为.(2)质量亏损为kg.,解析(1)(2)设反应前质子的动能为Ek0,反应后的动能为Ek,由于质量亏损而释放的能量为E=2Ek-Ek0=(28.9-0.5)MeV=17.3MeV根据爱因斯坦质能方程，有m=3.110-29kg,答案(1)(2)3.110-29,11.镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素,已知能自发地放出粒子而变成新核Rn.已知的质量为M1=3.753310-25kg,新核Rn的质量为M2=