高考浙江选考物理一轮课件第30讲原子结构原子核

1、第30讲原子结构、原子核教材研读一原子结构二原子核总纲目录栏目索引V总纲目录栏目索引突破一氢原子能级及能级跃迁突破二原子核的衰变及半衰期突破三核反应方程与核能突破四能量守恒和动量守恒在核反应中的应用教材研读栏目索引Vi原子核式结构Q粒子散射实验的核式结构模型特点: 光谱2氢原子光谱公式丄厶工I 亍2卅丿轨道假设肚二3玻尔模型定态假设 氢原子E跃迁假设J二、原子核”由和中子组成1 组成 核电荷数等于核内质子数，也等于核外核质量数等于核内数与中子数之和2 衰变Q衰变T氨核(；He)类型0衰变T电子(e)卩衰变T高频电磁波定义:原子核半数发生衰变所用的时间相关因素：由因素决定，与物理、3.半衰期 化

2、学状态无关公式:/V二,m = 七虫匕质能方程：E =4核能获取途径:me2裂变、聚变1 判断下列说法的正误：(1) 原子中绝大部分是空的,原子核很小。()(2) 核式结构学说是卢瑟福在a粒子散射实验的基础上提出的。(.)(3) 氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。()(4) 按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。()(5) 人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。()(6) 如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。( )(7) 丫射线是一种高能粒子流,可以用来工业探伤。()(8) 原子核发生卩衰变时放出一个电子，说明原子核内有电子。()(9)

3、爱因斯坦质能方程反映了物体的质量和能量可以相互转化。( )(10) 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,也遵循电荷数守恒。(2 关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（）A. 阴极射线本质是高速氢原子流B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是高速电子流D.阴极射线本质是X射线3 对于基态氢原子，下列说法正确的是（）A. 它能吸收10.2 eV的光子B. 它能吸收11 eV的光子C. 它能吸收动能为10 eV的电子的能量D. 它能吸收具有11 eV动能的电子的全部动能4 大量氢原子从兀=5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱条数是（）A.4 条B.6 条C.8 条D.10 条5 碘131的半衰期约

4、为8无若某药物含有质量为加的碘131,经过32天后, 该药物中碘131的含量大约还有（） mA.46（多选）能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之 一。下列核反应方程的表述正确的有（）A. H+?HHeBa+Kr+3n是核裂变反应D. 勢u+；nT黑Xe+醫St+2； n是a衰变重难突破栏目索引V突破一 氢原子能级及能级跃迁1定态间的跃迁满足能级差（1）从低能级（小）跃W高能级（兀大）1吸收能量。 hv=En-En 小从高能级大）竺低能级（小）一放出能量。hv=En 大-E“ 小2.电离电离态与电离能 电离态:n=,E=O基态电离态:E吸=0(13.6 eV)=13.6 eVn=

5、2电离态:E吸=0龙2=3.4 eV如吸收能量足够大,克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。3 对氢原子能级图的理解能级图如图所示。重难突破栏目索引Vn005432E/eV 0 j v y -054 止二二 0.85-1.51-3.4-13.6重难突破栏目索引V(2) 能级图中相关量意义的说明相关量意义能级图中的横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，”表示量子数横线右端的数字“-13.6,-3.4,- ”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越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hv=Em-En4

6、谱线条数的确定方法(1) 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-l)0(2) 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:N=C=空异o 利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一 一画出，然后相加。典例1 (多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于心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)/eV 0 0.851.51氢原子由高能级向兀=2能级跃迁时释放的光子，贝ij (A. 6种光子中波长最长的是=4激发态跃迁到基态时 产生的B. 在6种光子中，从兀=4能级跃迁至肮=1能级释放的光子 康普顿效

7、应最明显C. 使心4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量n843-3.40-13,6D.若从心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 从兀=3能级跃迁到兀=2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应 解析心4激发态跃迁到心3激发态时产生光子的能量最小，根据民乎 知，波长最长，故A错误;从=4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最 大，根据年知，波长最短,粒子性最明显，康普顿效应最明显，故B正确。A能级的氢原子具有的能量为-0.85 eV,故要使其发生电离，至少需要0.85 eV的能量，故C正确;从能级跃迁到基态释放的光子能量为 -3.40 eV-(-13.6) eV=10.2

8、 eV,若能使某金属板发生光电效应，从能级跃迁 至肮=2能级释放的光子能量-1.51 eV-(-3.40) eV=1.89 eVUbC. a光的光子能量为2.86 eVnE/eV力050.544-0.853L512-3.413.6D. b光产生的光电子最大初动能Ek=0.26 eV重难突破栏目索引V解析 根据能级跃迁知识得7?k=E5-E2=-0.54-(-3.4) eV=2.86 eV加爭 E二卜0.85(3.4) eV=2.55 eV,显然光的光子能量大于b光的光子能量， 即a光频率较大，波长较短，所以A错,C正确。根据光电效应方程可知，最 大初动能Ek=hv-W0,所以。光照射后光电子的

9、最大初动能为圧=(2.86- 2.29) eV=0.57 eV0光照射后光电子的最大初动能为Ek=(2.55-2.29) eV= 0.26 eV,选项D正确。由eU=Ek知口5,选项B正确。1-2 （多选）氢原子从兀=6跃迁至氐=2能级时辐射出频率为卩1的光子，从兀=5跃 迁到=2能级时辐射出频率为叱的光子。下列说法正确的是（）A. 频率为力的光子的能量较大B. 频率为卩1的光子的动量较大C. 做双缝干涉实验时,频率为力的光产生的条纹间距较大D. 做光电效应实验时,频率为刃的光产生的光电子的最大初动能较大F解析由讨,=”,可知,氢原子从心6能级跃迁到=2能级时辐 n射出的光子比从心5能级跃迁到

10、心2能级时辐射出的光子的能量要尢故A正确;E=hv.c=lv.且光子动可知能量大的光子动量大，B正 A确;频率为匕的光子能量大，频率为匕的光波长久小,双缝干涉条纹间距心=久色小,C错误;由光电效应方Ekm=hv-hv0可知，入射光子的能量尢产生 d的光电子最大初动能大，故D正确。1-3 1995年科学家“制成” 了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它 运动的正电子组成，反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷。反氢/eV4 -0.853 -L512 -3.4原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级 如图所示，则下列说法中正确的是（）A. 反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B. 基态反氢原子的电

11、离能为13.6 eV13.6C. 基态反氢原子能吸收11 eV的光子而发生跃迁!D. 大量处于=4能级的反氢原子向低能级跃迁时，从n=2能级跃迁到基 态辐射的光子的波长最短重难突破栏目索引V解析 反氢原子和氢原子有相同的能级分布，故反氢原子光谱与氢原子 光谱相同,A错;基态反氢原子的电离能为13.6 eV,只有大于等于13.6 eV 的能量的光子才可以使反氢原子电离,B对;基态反氢原子发生跃迁时， 只能吸收能量等于两个能级的能量差的光子,C错;处于=4能级的大量 反氢原子，从心4能级跃迁到基态辐射的光子的能量最尢频率最尢波 长最短,D错。1重难突破栏目索引V突破二原子核的衰变及半衰期1 衰变规

12、律及实质(l) a衰变和卩衰变的比较衰变类型a衰变B衰变衰变方程?X-?：Y+；HeM vMV 丄（）zX-+Y+“e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出一个中子转化为一个质子和一个电子2；H+2；n-：He11TT |0衰变规律电荷数守恒、质量数守恒豊(2) 丫射线:丫射线经常是伴随着a衰变或卩衰变同时产生的。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射线氮核:He+2e4 u最强最弱B射线电子0-le-e1u1 837较强较强Y射线光子700最弱最强3 半衰期的理解(/T( 1 丫人半衰期的公式:N余=原尸,m=znJ - o式中N原、m原表示衰变前的乙)、乙

13、)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表示衰变时间,7表示半衰期。(2) 半衰期的物理意义半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰 变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大。(3) 半衰期的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，无法确定何时发生衰变。典例2 （多选）关于天然放射现象，以下叙述正确的是（）A. 若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B. |3衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C. 在a、卩、丫这三种射线中，丫射线的穿透能力最强,a射

14、线的电离能力最强D. 铀核（亍U）衰变为铅核CPb）的过程中,要经过8次a衰变和6次卩衰变解析半衰期的长短与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度 升高,其半衰期不变，故A错误;卩衰变所释放的电子是原子核内的中子转 化成质子时产生的，故B错误;在a、卩、丫这三种射线中，丫射线的穿透能 力最强,a射线的电离能力最强，故C正确;铀核（；8U）衰变为铅核需Pb）的 过程中，每经过一次a衰变质子数少2,质量数少4;而每经过一次卩衰变质 子数增加1,质量数不变;由质量数和电荷数守恒，可知要经过8次a衰变和 6次卩衰变，故D正确。知识总结1. 一个区别：静止的原子核在磁场中发生a衰变和B衰变时的轨迹不

15、同， 分别为外切圆和内切圆。2. 两个结论(1) 原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒。(2) 每发生一次a衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次0衰变，原 子核的质子数增大O2-1 （多选）社穿Th具有放射性,它能放岀一个新的粒子而变为镁齐Pa, 同时伴随有丫射线产生，其方程为芽Th-齐Pa+X,社的半衰期为24天。贝V 下列说法中正确的是（）A. X为质子BX是社核中的一个中子转化成一个质子时产生的Cy射线是镁原子核放出的D.l g牡穿Th经过120天后还剩0.312 5 g 重难突破栏目索引V解析根据电荷数和质量数守恒知，社核衰变过程中放出了一个电子, 即X为电子，故A错误;发

16、生卩衰变时释放的电子是由核内一个中子转化 成一个质子时产生的，故B正确;丫射线是镁原子核放出的，故C正确;牡的 半衰期为24天,1 g社解Th经过120天即经过5个半衰期，还剩0.031 25 g, 故D错误。2-2在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开 发利用。核原料中的钎(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钎的一种同 位素踣Pu的半衰期为24 100年,其衰变方程为949PuX+lHe+y,下列有关 说法中正确的是()A. X原子核中含有92个中子B. 钎衰变发出的丫射线具有很强的电离能力C. 20克的釘皿经过48 200年后，还有5克未衰变D. 钎核衰变前的质量等于衰变

17、后X、He核的质量之和解析根据核反应方程可知,X原子核中电荷数为92个，质量数为235,则 中子数为143个，选项A错误;环衰变发出的丫射线具有很强的穿透能力， 但是电离能力很弱，选项B错误;20克的釘Pu经过48 200年后，剩余的质量48 200为20x fC2410=5克,即还有5克未衰变选项C正确;由于反应要放出能 (2丿量，则环核衰变前的质量大于衰变后X、He核的质量之和，选项D错误。突破三核反应方程与核能1 核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变CX衰变口发駕U话Th+；HeB衰变自发234 rpi234 丄（）重难突破栏目索引V人工转变人工控制号 N+；He- ：0+：H（

18、卢瑟福发现质子）（查德威克发现屮子）约里奥居里夫妇 发现放射性同位 素，同时发现正 电子重核裂变比较容易进 行人工控制235 丄1144 | 丄89|/ 丄勺192U+0n 56Ba+36Kr+30n月;Xe+?Sr+ 10；n轻核聚变无法控制iH+：H-；He+；n重难突破栏目索引V2 对质能方程的理解(1) 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 E=mc2 o方程的含义: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。核子在结合成原子核时出现质量亏损他其能量也要相应减少，即AE =Amc2 o(3)原子核

19、分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加加,吸收的 能量为AE=Amc2oS3 核能的计算方法根据AE=Amc2计算,计算时加的单位是“kg”疋的单位是“m/s” ,AE 的单位是“J” o根据AE=Amx931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)对应于931.5 MeV的能量，所以计算时加的单位是“u”，AE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能二核子比结合能x核子数。典例3 （2017浙江11月选考,14,2分）（多选）下列说法正确的是（）A. 核聚变反应方程可能为iH+：HT；He+2；nB. 铀核裂变的核反应方程可能为养u&t扩Xe+；：ST+如C

20、. 发生卩衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分D. 中子和质子结合成氛核,若该过程质量亏损为他则宛核的结合能为Amc2解析 选项A的核反应方程为:H+： Ht； He n,选项A错误;根据重核裂 变的核反应方程配平方式可知，选项B正确;卩衰变时原子核内部中子衰 变为质子时释放出高速电子，电子并不是原子核的组成部分，选项C错 误;根据质能方程可知选项D正确。方法规律核能求解的思路方法(1)应用质能方程解题的流程图:书写核反 计算质量 利用二矶 应方程r亏损厶机I计算释放的核能(2) 在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。(3) 核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此可以结合动量守

21、恒和能 量守恒定律来计算核能。3-1 （2016浙江10月选考,16,2分）（多选）用中子（加）轰击铀核CU）产生 裂变反应，会产生钦核（；l4Ba）和氟核（篇KQ并释放出中子（詢）,当达到某些 条件时可发生链式反应。一个铀核（第U）裂变时，释放的能量约为200 MeV（leV=1.6xl019J）o以下说法正确的是（）A. 勢u的裂变方程为勢Ut豐Ba+第Kr+HB芽u的裂变方程为u+iit豐Ba+器Kr+3；nC. U发生链式反应的条件与铀块的体积有关D. 个裂变时，质量亏损约为3.6x1020 kg解析 本题考查了对原子核的裂变、质能方程的理解。铀核的裂变需 要中子的轰击，所以选项A错误

22、，选项B正确。链式反应在进行过程中，需 要铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，所以选项C正确。根据质能方程AE=Amc反应过程中，质量亏损为200 xlO&x 1.6x10(3xl08)2kg36x IO28 kg,选项D错误o3-2为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国 际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方E=mc下列说法中正确的 是（）A. E二加F表明物体具有的能量与其质量成反比B. 个质子和一个中子结合成一个宛核时释放能量，表明此过程出现了 质量亏损C. 根据不能计算核反应的能量中的E是发生核反应过程中释放的核能重难突破栏目索引V解析表明物体具有的能量与其质量成正比，故A错误。一个质 子和一个中子结合成一个氛核时释