高中物理选修353.ppt

1、第三讲原子结构原子核,一、原子结构 1原子核式结构模型 (1)电子的发现：英国物理学家汤姆逊发现了电子 (2)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，少数粒子发生了较大 ，极少数粒子甚至被反弹回来 (3)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,偏转,正电荷,质量,2玻尔理论 (1)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 能量 (2)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hE

2、mEn.(h是普朗克常量h6.631034 Js) (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,辐射,稳定,一定频率,二、氢原子光谱 1光谱 (1)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 (2)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,亮线,光带,波长(频率),强度,(2)氢原子的能级图，如下图所示,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

3、级 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 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.,三、天然放射现象 1放射性元素 发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家 发现 2放射性说明原子核内部是有结构的 (1)1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核，发现了 ，并猜想原子核内还存在 ，1932年，他的学生查德威克通过实验证实了 的存在 (2)原子核是由质子和中子组成的常用符号ZAX表示，X为元素符号，A表示核的 ，Z表示核的 ,自发地,贝克勒尔,质子,中子,中子,质量数,电荷数,四、原子核的衰变 1原子核放出粒子或粒子，变成

4、另一种原子核的变化称为原子核的衰变 2分类 衰变：ZAXZ2A4Y24 He 衰变：ZAXZ1AY10e 3半衰期：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间 半衰期由 的因素决定，跟原子所处的物 无关,半数,核内部本身,理或化学状态,五、放射性同位素及应用 1同位素 具有相同 而 不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称 有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1 000 多种 2放射性同位素的应用 (1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等 (2)作示踪原子,质子数,中子数,同位素,六、核力与核能 1核力：组成原子

5、核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力其特点为： (1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多 (2)核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内 (3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性,2原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的 3质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 4爱因斯坦质能方程为 ，若核反应中的质量亏损为m，释放的核能E .,结合能,Emc2,mc2,七、重核的裂变与轻核的聚变 1裂变：重核分裂成质量较小的核的反应如 9

6、2235U01n 54136Xe3890Sr1001n. 2聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应如：12H13H24He01n. 3重核裂变和轻核聚变过程中都释放出 ,核能,一、三个原子模型的对比,二、对原子跃迁条件的理解 1原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE末E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸收 2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差 3原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某两个能级之差，或者是吸收能量大于或

7、等于其电离能，使电子成为自由电子；所以当原子吸收光子时，由于光子不可分，故其必须选择能量满足上述原则的光子,三、原子核衰变规律,四、三种射线的比较,五、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 (1)放射强度容易控制； (2)可以制成各种所需的形状； (3)半衰期很短，废料容易处理,2应用 (1)工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性； (2)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； (3)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； (4)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,六、核反应的四种类

8、型,1.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：核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两核子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算时不考虑 答案：D,2(2010上海单科)卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是() A粒子的散射实验B对阴极射线的研究 C天然放射性现象的发现 D质子的发现 解析：卢瑟福根据粒子的散射实验的结果，提出原子的核式结构模型，所以A项正确 答案：A,3(201

9、0上海单科)现已建成的核电站发电的能量来自于() A天然放射性元素衰变放出的能量 B人工放射性同位素放出的能量 C重核裂变放出的能量 D化学反应放出的能量 解析：现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂变放出的核能发电，故C项正确 答案：C,4(2010广东理综)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有() A. 92238U 90234Th24He是衰变 B714N24He817H11H 是衰变 C12H13H24He01n 是轻核聚变 D3482Se3682Kr21 0e 是重核裂变 解析：衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转

10、变故B错；C项是轻核的聚变，D项是衰变现象，故C对D错 答案：AC,5氢原子的部分能级如下图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV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,答案：AD,6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：,7某科学

11、家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 11H 612C 713NQ111 H 715N 612CXQ2 方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：,以下推断正确的是() AX是23He，Q2Q1 BX是24He，Q2Q1 CX是23He，Q2Q1 DX是24He，Q2Q1 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24He.放出热量分别为Q1和Q2的两个核反应中质量亏损分别为0.002 1 u和0.005 3 u，故Q2Q1. 答案：B,如图所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子问 (1)最少要给基态

12、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： hEnE22.55 eV EnhE20.85 eV 所以n4 基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供： EE4E112.75 eV (2)辐射跃迁图如图所示,答案：(1)12.75 eV (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)； (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：如下图所示为氢原子

13、的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为(),A13.6 eVB3.4 eV C10.2 eV D12.09 eV 解析：受激的氢原子自发地发出3种不同频率的光，可知这些氢原子处于n3激发态，光子的能量满足hE3E112.09 eV，D正确 答案：D,下列说法正确的是() A. 157N11H 126C24He是衰变方程 B11H12H23He是核聚变反应方程 C. 92238U 90234Th24He是核裂变反应方程 D24He1327AI1530P01n是原子核的人工转变方程,解析：核反应

14、类型分四种，核反应的方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现或粒子聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确 答案：BD,21：我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有： (1) 92235U01n3890Sr 54136Xek01n (2)12H13H24Hed01n 关于这两个方程的下列说法，正确的是() A方程(1)属于衰变 B方程(2)属于轻核聚变 C方程(1)中k10，方程(2)中d1 D方程(1)中k6，方程(

15、2)中d1,解析：本题考查核反应方程(1)式为典型的裂变方程，故A选项错误(2)为聚变反应，故B正确根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k10，d1，故C选项正确本题难度较小 答案：BC,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2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u. (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) (2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为13H24He37 Li，已知各核子比结合能分别为EH1.112 MeV、EHe7.075 MeV、ELi5.

16、603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能,解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为 12H12H23He01n. 核反应过程中的质量亏损：m2mH(mHemn) 22.013 6 u(3.015 01.008 7) u3.5103u. 由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氚核聚变时放出的能量： E3.5103931.5 MeV3.3 MeV.,(2)13H和24He分解成7个核子所需的能量为 E131.112 MeV47.075 MeV31.636 MeV 7个核子结合成37Li，释放的能量为 E275.603 MeV39.221 MeV 所以此核反应过程中释放的核能

17、为 EE2E139.221 MeV31.636 MeV7.585 MeV. 答案：(1)12H12H23He01n3.3(2)7.585 MeV,(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Em931.5 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” 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,31：太阳的能量来自氢核聚变：即四个质子(氢核)聚变成一个粒子，同时发射两个正电子和两个没有

18、静止质量的中微子如果太阳辐射能量的功率为P，质子11H、氦核24He、正电子10e的质量分别为mp、mHe、me，真空中的光速为c，则 (1)写出上述的核反应的方程式； (2)计算每一次聚变释放的能量E； (3)计算t时间内因聚变生成的粒子数n.,钚的放射性同位素 23994 Pu静止时衰变为铀核激发态 23592U*和粒子，而铀核激发态 23592U*立即衰变为铀核 23592U，并放出能量为0.097 MeV的光子已知： 23994 Pu、 23592 U和粒子的质量分别为mpu239.052 1 u、mu235.043 9 u和m4.002 6 1u931.5 MeV/c2. (1)写出

19、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,解析：(1)衰变方程为 23994 Pu 23592 U*24He 23592 U*92235 U 23994Pu 23592U24He. (2)上述衰变过程的质量亏损为： mmpumUm 放出的能量为Ec2m 此能量是铀核 23592 U的动能EU、粒子的动能E和光子的能量E之和 EEUEE,41：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2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u1 u相当于931.5 MeV则： (1)完成核反应方程：12

20、H12H_01 n. (2)求核反应中释放的核能 (3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV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,1(2010北京理综)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少太阳每秒钟辐射出的能量约为41026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近() A1036 kgB1018 kg C1013 kg D109 kg,答案：D,解析：本题考查原子核的半衰期意在考查考生对半衰期的理解能力由题意，该放射性元素经过11.4天发生了3个半衰期，所以该放射性元素的半衰期是3.8天，D正确 答案：D,3(2010全国卷)

21、原子核ZAX与氘核12H反应生成一个粒子和一个质子由此可知() AA2，Z1 BA2，Z2 CA3，Z3 DA3，Z2 解析：该核反应的方程式为：ZAX12H24He11H，由质量数和电荷数守恒得：A4123，Z2112，故正确答案为D. 答案：D,4太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(24He)的热核反应，核反应方程是411H24He2X，这个核反应释放出大量核能已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是() A方程中的X表示中子(01n) B方程中的X表示电子(01e) C这个核反应中质量亏损m4m1m2 D这个核反应中释放的核能E(4m1m22m3)c2,解析：由核反应质量守恒电荷守恒可推断出X为10e，A、B错；质量亏损为m4m1m22m3释放的核能为Emc2(4m1m22m3)c2，C错，D对选D，本题容易 答案：D,5(2010重庆理综)氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示.,处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为() A红、蓝靛 B黄、绿 C红、紫 D蓝靛、紫 解析：原子发光时光子的能量等于原子能级差