《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第十三章 动量第3单元 原子结构和原子核

1、原子结构,记一记,1原子的核式结构 (1)19091911年，英国物理学家 进行了粒子散射实验，提出了核式结构模型。 (2)粒子散射实验： 实验装置：如图1331所示。,图1331,卢瑟福,实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回。 (3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷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绕核旋转。,原方向,3玻尔的原子模型 (1)玻尔理论： 轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是 。 定态假设：电子在不同的轨道上运动时

2、，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的。这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是稳定的，不向外辐射能量。 跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的能量差，即h 。,不连续的,EmEn,(2)几个概念： 能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。 基态：原子能量 的状态。 激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他较高的状态。 量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的 。 (3)氢原子的能级和轨道半径： 氢原子的半径公式：rn (n1,2,3)，其中r1为基态半径，r10.531010

3、m。,最低,正整数,n2r1,试一试 1卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正 确反映实验结果的示意图是 (),图1332,解析：粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确,答案：D,原子核,想一想,如图1333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。,图1333,请思考：(1)图甲中到达铝板和到达混凝土的射线各是什么射线？ (2)图乙中用于金属内部探伤的是哪种射线？ 提示(1)射线的穿透能力很弱，一张纸就能挡住，射线的穿透能力很强，能穿透几毫米厚的铝板，射线的穿透能力更强，可以穿透几厘米厚的铅板，故到

4、达铝板的为和射线，到达混凝土的是射线。 (2)只有射线才具有足够的穿透力，能进行金属内部的伤痕检查。,记一记,1四个概念 (1)放射性：物质放射出 的性质。 (2)放射性元素：具有 的元素。 (3)同位素：具有相同 数和不同 数的原子核。 (4)放射性同位素：具有 的同位素。,射线,放射性,中子,质子,放射性,2原子核的组成 (1)原子核：由 和 组成，质子和中子统称为 。 (2)核电荷数(Z)：等于核内 ，也等于核外 ，还等于元素周期表中的 。 (3)核质量数(A)：等于核内的 ，即与 之和。,质子,中子,核子,质子数,电子数,原子序数,核子数,质子数,中子数,3原子核的衰变 (1)三种射线

5、的比较：,氦核,电子,光子,2e,e,0.1c,0.99c,很强,很弱,4核力与核能 (1)核力： 含义：原子核里的 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 的一种表现。 b核力是短程力，作用范围在1.51015m之内。 c每个核子只跟 的核子发生核力作用。,核子间,强相互作用,邻近,(2)核能： 结合能：把构成原子核的结合在一起的 分开所需的能量。 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E 。 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E 。 质能方程的意义：质量和能量是物质的两种属性，质能方程揭

6、示了质量和能量是不可分割的，它建立了两个属性在数值上的关系。,核子,mc2,mc2,(3)获得核能的途径： 重核裂变： 定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 特点：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23(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。,试一试 2一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m， 铀发生一系列衰变，最终生成物为铅，已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的是 (),答案：C,能级跃迁与光谱线,1.对氢原子的能级图的理解 (1)氢原子的能级

7、图(如图1334)。,图1334,(2)氢原子能级图的意义： 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，右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能级。 相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小。 带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hEmEn。,2关于能级跃迁的三点说明 (1)当光子能量大于或等于13.6 eV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13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 (2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子

8、的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大、电子动能减小，原子能量增大。,例1(2013聊城模拟)如图1335为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是 (),图1335,A最容易表现出衍射现象的光是由n4能级跃迁到n1能级产生的 B频率最小的光是由n2能级跃迁到n1能级产生的 C这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 D用n2能级跃迁到n1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应 审题指导 解答本题时应注意以下三点： (1)明显衍射条件与波长的关系。,(2

9、)发生光电效应的条件。 (3)能级差大小与光的频率、波长的大小关系。,答案D,原子跃迁的两种类型 (1)原子吸收光子的能量时，原子将由低能级态跃迁到高能级态。但只吸收能量为能级差的光子，原子发光时是由高能级态向低能级态跃迁，发出的光子能量仍为能级差。 (2)实物粒子和原子作用而使原子激发或电离，是通过实物粒子和原子碰撞来实现的。在碰撞过程中，实物粒子的动能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两个能级差值，就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级；当入射粒子的动能大于原子在某能级的能量值时，也可以使原子电离。,原子核的衰变规律,1.衰变方程,2三种衰变的实质 (1)衰变

10、：衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)的过程，每发生一次衰变，新元素与原元素比较，核电荷数减少2，质量数减少4。,(2)衰变：衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子的过程。每发生一次衰变，新元素与原元素比较，核电荷数增加1，质量数不变。 (3)衰变：衰变是伴随着衰变或衰变同时发生的，衰变不改变原子核的电荷数和质量数。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。 3对衰变的说明 (1)原子核在发生衰变时，质量数守恒，电荷数守恒。 (2)外界条件，如压强、温度、化学反应等都不能改

11、变放射性元素的半衰期。,A铅核比钍核少8个质子 B铅核比钍核少16个中子 C共经过4次衰变和6次衰变 D共经过6次衰变和4次衰变,图1336,审题指导 解答本题时应注意以下三点： (1)原子核发生、衰变次数的确定方法。 (2)质子数、中子数与质量数的关系。,尝试解题 (1)设衰变次数为x，衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得 2322084x 90822xy,解得x6，y4，C错D对。 铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对。 铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对。,答案(1)ABD(2)正电子56天,核反应方程的书写与核能的计算,1.核反应的四种类型,人工 控制,人工 转变

12、,自发,衰变,自发,衰变,衰变,核反应方程典例,可控性,类型,(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子),人工 控制,人工 转变,核反应方程典例,可控性,类型,很难控制,轻核聚变,比较容易进行人工控制,重核 裂变,核反应方程典例,可控性,类型,2核反应方程式的书写,(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据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。 (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。,3核能的计算方法 (1)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”。 (2)根据Em93

13、1.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能： 原子核的结合能核子比结合能核子数。,(1)写出铀核裂变的核反应方程； (2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是多少？(取两位有效数字) 审题指导 (1)发生一次核反应释放的核能可用Emc2计算。 (2)要确定9.2 kg纯铀235完全裂变释放的核能应确定其核反应发生的总次数。,(2)因为一个铀核裂变的质量亏损 m(235.043 9 u1.008 7 u)(89.907 7 u135.907 2 u101.008 7 u)

14、0.150 7 u， 故9.2 kg的铀裂变后总的质量亏损为 M(6.0210230.150 79.2103/235) u 3.551024 u，,所以EMc23.551024931.50 MeV 3.31027 MeV。,求解核能问题的三种技巧 (1)根据质量亏损计算：Emc2及1 u相当于931.5 MeV。 (2)根据能量守恒和动量守恒计算。 (3)在计算具有宏观质量的物质中所有原子核发生核反应所释放能量时常用到阿伏加德罗常数。,随堂巩固落实 1放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射 性同位素衰变放出的高速带电粒子(射线、射线)与物质相互作用，射线的动能被阻止或吸收后转变为内能，再

15、通过换能器转化为电能的一种装置。其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素。电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：,89.6年,138天,28年,半衰期,射线,238Pu,210Po,90Sr,同位素,若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是 () A90Sr的半衰期较长，使用寿命较长，放出的射线 比射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 B210Po的半衰期最短，使用寿命最长，放出的射线 比射线的贯穿本领弱，所需的屏

16、蔽材料较薄,C238Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 D放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变 前后总质量数不变 解析：半衰期越长，使用寿命越长，B错；射线比射线的贯穿本领强，A错；由表中信息可知，238Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的射线比射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄，C对；放射性同位素在发生衰变时放出能量，但总质量数不变，D对。 答案：CD,2(2012江苏高考)如图1337所示是某原子的能级图， a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是 (),图13

17、37,图1338,答案：C,Am7，n3Bm7，n4 Cm14，n9 Dm14，n18,答案：B,4(2012北京高考)一个氢原子从n3能级跃迁到n2 能级。该氢原子 () A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减小 C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少 解析：氢原子由高能级跃迁到低能级要放出光子，能量减少；由低能级跃迁到高能级要吸收光子，能量增加。氢原子从n3能级跃迁到n2能级，即从高能级向低能级跃迁，则要放出光子，能量减少，故A、C、D错误，B正确。 答案：B,解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可知，x的质量数为1，电荷数为零，故x为中子。质量亏损m2.014 1 u3.016 1 u

18、(4.002 6 u1.008 7 u)0.018 9 u，Emc20.018 9931.5 MeV17.6 MeV。,课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（四十七）”,（给有能力的学生加餐）,答案：B,A1次衰变，6次衰变 B4次衰变 C2次衰变 D2次衰变，2次衰变,答案：B,答案：C,4如图1所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围 约为1.623.11 eV。下列说法正确的是 (),图1,A大量处在n3的高能级的氢原子向n3能级跃迁时， 发出的光有一部分是可见光 B大量处在n3能级的氢原子向n2能级跃迁时，发 出的光是紫外线 C大量处在n3能级的氢原子向n1能级跃迁时，发 出的光都应具有显著的热效应 D处在n3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子 都能发生电离,解析：当处在n3的高能级的氢原子向n3能级跃迁时，放出光子的最大能量E1.51 eV，故不可能为可