(江苏专用)2020版高考物理大一轮复习第十二章近代物理第二节原子与原子核课件

1、第十二章近代物理第二节原子与原子核依纲扣点强基固未.基础再现【基础梳理】La粒子散射实验O原子核式结构一的核式结构模型原 子 结 构光谱野氢原子光谱-公式f -=(-2 - A)几二3,4,5, A 2 n由和中子组成9陲底卜核电荷数等于核内质子数,也等于核外数L核质量数等于核内数与中子数之和厂Q衰变一氮核（:He）类型_卜p衰变f电子（_?e ）L7衰变f高频电磁波广定义一原子核半数发生衰变所用 的时间半宴期丄*相关因素一由核因素决定，与物理化学状态无关 亠公式：N=聚变厂质能方程f E=mc2 获取途径- 裂变、提不：卢瑟福线nv重核乌质子电子质子内 n轻核【自我诊断】O判一判(1)原子的

2、能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同 的能量.()炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光 谱.()(3) 根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低 能级时，辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势 能减小.()(4) 假如有18个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期， 一定有9个原子核发生了衰变(5) 卩衰变的电子来源于原子核外的电子(6) 高温.高压的情况下，原子核的半衰期将会变短.()提示：(1)7(2) V (3)7(4)X(5)X(6)X（多选）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到 了非常重要的作用.下列说法符合历史事实的是（）A. 密立根通过油滴

3、实验测出了基本电荷的数值B. 贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存 在原子核C. 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了针(Po)和镭(Ra)两种新元D. 汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比提示：选ACD.密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电 荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A 正确；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核 具有复杂结构，选项B错误；居里夫妇通过对含铀物质的研 究发现了针(Po)和镭(Ra),选项C正确；汤姆孙通过阴极射 线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是带负电的 粒子，并

4、测出了粒子的比荷，选项D正确.多维课堂突破疑难讲练提升.玻尔理论和氢原子的光谱分析【知识提炼】1. a粒子散射实验 (1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果：绝大多数a粒子穿过金箔后基本 上仍沿原来的方向前进，但少数a粒子穿过金箔后发生了大角度偏转,极少数a粒子甚至被“撞了回来”2.原子的核式结构模型(1)粒子散射实验结果分析 核外电子不会使粒子的速度发生明显改变. 汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射. 绝大多数a粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是 空的；少数a粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中 存在着对a粒子有斥力的正电荷；极少数a粒子甚至被“撞 了回来”，反映了个别a粒子

5、正对着质量比a粒子大得多的物 体运动时，受到该物体很大的斥力作用.核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释a粒子散射实验 现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性.3.对氢原子能级图的理解能级图如图所示E/eV0-0.54 -0.85 -1.51-3.4-13.6(2)氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式：耳=惫1( = 1, 2, 3,)，其中E1 为基态能量，其数值为耳=一13.6 eV. 氢原子的半径公式：r,=n2r1(n = lf 2, 3,),其中口为 基态半径，又称玻尔半径，其数值为rOXlO10!(3)能级图中相关量意义的说明.1*意义能级图中的横

6、线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1, 2, 3”表示量子数意义相关量表示氢原子的能量横线右端的数字“一136,34”表示相邻的能量差，量子数越相邻横线间的距离大,相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低 能级跃迁，原子跃迁的条件为4.两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级一低能级，释放能量，发出光子.AE E 高一E 低 光子的频率V=二.(2)受激跃迁：低能级一高能级，吸收能量. 光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须 恰等于能级差hv=KE. 碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量 粒子能量大于或等于能级差即可， 大于电离能的光子被吸收，将

7、原子电离【典题例析】卩/eV0004 -0.8531.5123.4113.6S1 侈选)如图所示是氢原子的能级图, 大量处于n=4激发态的氢原子向低能级 跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的 光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级 向n=2能级跃迁时释放的光子，贝“)A.6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生1=1的B. 6种光子中有2种属于巴耳末系C.使=4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生 光电效应，则从 =3能级跃迁到=2能级释放的光子也一 定能使该金属板发生光电效应审题指导激发态的氢原子向低能级跃迁时，能级差越大,

8、 发射光子的频率越大;而巴耳末系是高能级向n=2能级跃迁时发射的光子，可看出有2解析根据跃迁假说，在跃迁的过程中释放光子的能量等 于两能级之差，故从=4跃迁到兀=3时释放光子的能量最 小，频率最小，波长最长，所以A错误；由题意知6种光子 中有2种属于巴耳末系，它们分别是从=4跃迁到n=2和 从n=3跃迁到n=2时释放的光子,故B正确；艮=一 085 eV 故n=4能级的电离能等于0.85 eV,所以C正确；由题图知, 从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量小于n=2 能级跃迁到基态释放的光子的能量，所以D错误.答案BC【迁移题组】13迁移1对原子核式结构的理解1.如图所示是（X粒子（氨原

9、子核）被重金属原子核散射的运动 轨迹，M、N、P、0是轨迹上的四点，在散射过程中可以认 为重金属原子核静止.图中所标出的（X粒子在各点处的加速 度方向正确的是（）D. 0点解析：选C.a粒子（氨原子核）和重金属原子核都带正电，互 相排斥，加速度方向与Q粒子所受斥力方向相同带电粒子 加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹 侧，故只有选项C正确.13迁移2对能级图的理解和应用2（多选）氢原子能级如图，当氢原子从n =3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长 为656 nm.以下判断正确的是（）A. 氢原子从=2跃迁到 =1的能级时， 辐射光的波长小于656 nmnE/eV00 o4-0.

10、853-1.512-3.41 -13.6B. 用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从 =1跃迁到 =2的能级C. 一群处于=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3种谱线D. 用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从=2跃迁 到 =3的能级解析：选ACD.根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢 原子从n=2能级跃迁到 =1的能级时，辐射光的波长一定 小于656 nm,因此A选项正确；根据发生跃迁只能吸收和辐 射一定频率的光子，由AE=hv=h（得,从n = l跃迁到n =2能级需要光子的波长为121.6 nm,可知B选项错误，D 选项正确;一群处于=3能级上的氢原子向低能级跃迁时可

11、以产生3种频率的光子，所以C选项正确.氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的（2）能级之间发生跃迁时放出（吸收）的光子频率由hv=Em- 禺求得.若求波长可由公式c =2V求得.一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（M-1）.(4) 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法用数学中的组合知识求解：何=也严 可能情况一一画出，然后相加.利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种考点2 氢原子的能量及变化规律【知识提炼】氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律1. 原子能量变化规律:E严血+為=学,随增大而增大, 随的减小而减小，其中

12、E = 136eV2. 电子动能变化规律 (1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力 即kp=nf所以Ek电,随厂增大而减小.(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负 功，故电子动能减小.反乙 当轨道半径减小时，库仑引力 做正功，故电子的动能增大.3. 原子的电势能的变化规律 (1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负 功，原子的电势能增大.反之，当轨道半径减小时，库仑引 力做正功，原子的电势能减小.(2)利用原子能量公式E严Eg+Ew判断，当轨道半径增大时1=原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大反之, 当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动

13、能增大，故原子 的电势能减小【跟进题组】1.（多选）（2019宜昌模拟）氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是（）A.电子旋转半径减小B.氢原子能量减小C.氢原子电势能增大D.核外电子速率增大解析：选ABD.氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级2 2 跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据k2=m, r r 得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半 径减小的过程中电场力做正功,则氢原子电势能减小，故A、 B、D项正确，C项错误.2. （2019扬州模拟）按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一 半径为q的圆轨道自发地直接跃迁到_半径为m的圆轨道上 已知rarb,

14、则在此过程中（）A.原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的 电势能减小，原子的能量也减小B.原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小c.原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子 的电势能减小，原子的能量也减小D.原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增尢原子 的电势能增大，原子的能量也增大解析：选A.由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子 能量越大，当电子从心跃迁到卩时，原子能量减小，放出光 子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小； 由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即减小, 电子速度增大，动能增大，综上所述可知A正确.

15、考点3原子核的衰变 半衰期【知识提炼】衰变规律及实质(1)(1衰变、卩衰变的比较衰变类型卩衰变衰变方程孩贮Y+瓠e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2；H+2n-He的.其实质是放射性原子核在发生a衰变或p衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量（原子核处于激发态）而辐射 出光子2三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领a射线氨核lHe+2e4u最强最弱卩射线电子-!ee11837u较强较强Y射线光子Y00最弱最强3半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.衰羡变规律：半(3)影响因素：由原子核内部因素决定，跟原

16、子所处的物理化 学状态无关.【典题例析】（2017-高考全国卷II） 一静止的铀核放出一个粒子衰Bl 2衰变方程为$題J盘Th+；He下列说法正确的是A. 衰变后牡核的动能等于a粒子的动能B. 衰变后牡核的动量大小等于（X粒子的动量大小C. 铀核的半衰期等于其放出一个（X粒子所经历的时间D. 衰变后a粒子与牡核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统 的总动量为零，因此衰变后产生的牡核和（X粒子的动量等大反向，即pTh=Pa，B项正确；因此有寸2/WThEkTh = yj2maEka、 动能不等,A项错误;半衰期是有半数铀核衰变所用的时间， 并不是一个铀核

17、衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程 释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏 损，因此D项错误.由于锂核和a粒子的质量不等,因此衰变后社核和（I粒子的答案B二【迁移题组】迁移1$变射线的性质1.图中曲线“、b、C. 为气泡室中某放射物发生衰变放出 的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向 里.以下判断可能正确的是（）A.似方为卩粒子的径迹B. a、b为Y粒子的径迹C. c、（I为a粒子的径迹D. c、为卩粒子的径迹解析：选D.由于a粒子带正电，卩粒子带负电，y粒子不带 电，据左手定则可判断“、方可能为a粒子的径迹，c、可 能为卩粒子的径迹，选项D正确.13迁移2对半

18、衰期的理解和应用2（2018高考江苏卷）已知A和B两种放射性元素的半衰期 分别为T和2八则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A 和B质量之比为（B. 1 ： 2A. 1 ： 4C. 2 ： 1D. 4 ： 1解析：选B由半衰期含义可知，A经过两个半衰期剩余的质 量为原来的B经过一个半衰期，剩余的质量为原来的所以剩余的A、质量比为1 ： 2, B项正确.1.确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素经过次a衰变和加次卩衰变后，变成 稳定的新元素iY,贝!|表示该核反应的方程为今X；Y+用He +/n_fe 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=AF+4n, Z=Zf2nm.(2)确定衰变次数，因为卩

19、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p衰变 的次数.2.对半衰期的两点说明(1) 根据半衰期的概念，可总结出公式m余=m原.式中N原、加原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、加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，r表示衰变时间，T表示 半衰期.(2) 适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰 变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生考点4 核反应类型与核反应方程【知识提炼】1.核反应的四种类型类型可控性衰变a衰变卩衰变自发核反应方程典例蠻賣Th+扌He鎌Th-*蚩Pa+一花类型可控性核反应方程典例罗N+扌H

20、e-殳O+；H人工人工控制（卢瑟福发现质子）扌He+：Be和：+亦（查德威克发现中子）召Al+tHe-誇P+治（约里奥居里夫妇发现放翟 PYSi+fe射性同位素，同时发现正电子）类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制蛍U+in-Ba+器 Kr+3jnU+Jn-皆 Xe+Sr+10jn轻核聚变很难控制?H+?HHe+n2 核反应方程式的书写（1）熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基 础.如质子（；H）、中子（站）、a粒子He）、卩粒子（一防、正电 子（牡）、笊核（泊）、氟核（；H）等.（2）掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判 断某个核反应方程是否正确的依

21、据，由于核反应不可逆，所 以书写核反应方程式时只能用“一”表示反应方向.（3）核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.【跟进题组】1. （2016-高考全国卷II）在下列描述核过程的方程中，属于a衰变的是,属于卩衰变的是的是,属于聚变的是（填正确答案标号）A 咒 C-气 N+_：eB器P-器S+一牡C蛊IjJ益班+扌HeD驾 N+；HefiO+；HE. 23/2U+唱Xe+為 Sr+2jnF. iH+iH-*He+；n解析：一个原子核自发地放出一个a粒子，生成一个新核的过程是a衰变,因此C项是一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变, 因此E项是重核的裂变；两个较轻的

22、原子核聚合成一个较大 的原子核，并放岀粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻 核的聚变；另外，A、B项是卩衰变，D项是原子核的人工 转变.答案：C AB E F2（2018高考全国卷m ）1934年，约里奥一居里夫妇用a 粒子轰击铝核召Al,产生了第一个人工放射性核素X： a+fAl -n+X.X的原子序数和质量数分别为（）A. 15和2B. 15 和 30C. 16 和 30D. 17 和 31(2)现有四个核反应：A. ?H+?H-lHe+；nB. 2U+爪X+器 Kr+3jnC. ffNaYMg+heD：He+：Be- 弋 C+；n是发现中子的核反应方程，是研究原子弹的基本核反应方程,是研

23、究氢弹的基本核反应方程.B中X的质量数为,中子数为解析:(1)据粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程: 扌He+召A1Jn+zX,结合质量数守恒和电荷数守恒得，A =4+271=30,Z=2+130=15,原子序数等于核电荷数, 故B正确.(2)D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹 的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程.X 的质量数为：(235+1) (89+3)=144X的质子数为：9236=56X的中子数为：14456=88.答案：(1)B (2)D B A 144 88考点5核能的计算【知识提炼】1.应用质能方程解题的流程图书写核反 应方程计算质量 亏损A m利用 A