高一物理復習訓練：第3講 原子結(jié)構(gòu) 原子核課件

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歡迎進入物理課堂 第3講原子結(jié)構(gòu)原子核 原子的核式結(jié)構(gòu) 1 電子的發(fā)現(xiàn) 1897年 英國物理學家湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子 2 原子的核式結(jié)構(gòu) 氫原子的光譜氫原子的能級結(jié)構(gòu) 能級公式 考綱要求 1 2 原子的核式結(jié)構(gòu) 粒子散射實驗的結(jié)果絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進 但少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 極少數(shù) 粒子甚至被撞了回來 如圖1 3 1所示 圖1 3 1 盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核 叫原子核 原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里 帶負電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn) 原子核的尺度 原子核直徑的數(shù)量級為10 15m 原子直徑的數(shù)量級約為10 10m 原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子組成的 原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù) 氫原子光譜 1 氫原子光譜的實驗規(guī)律 2 玻爾理論 定態(tài) 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 躍遷 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時 它輻射或吸收一定頻率的光子 光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定 即h Em En h是普朗克常量 h 6 63 10 34J s 2 軌道 原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應 原子的定態(tài)是不連續(xù)的 因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的 氫原子的能級 能級公式 1 氫原子的能級 能級圖如圖1 3 2所示 圖1 3 2 3 能級圖中相關量意義的說明 當軌道半徑減小時 庫侖力做正功 電勢能減小 反之 軌道半徑增大時 電勢能增加 天然放射現(xiàn)象 三種射線 1 天然放射現(xiàn)象 放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象 首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn) 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 說明原子核具有復雜的結(jié)構(gòu) 2 三種射線的比較 原子核的組成 放射性 原子核的衰變 半衰期 放射性同位素 考綱要求 1 原子核的衰變 1 原子核放出 粒子或 粒子 變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變 2 分類 3 半衰期 放射性元素的原子核有 發(fā)生衰變所需的時間 半衰期由 的因素決定 跟原子所處的 無關 2 核內(nèi)部本身 物理或化學狀態(tài) 半數(shù) 放射性同位素及應用 1 同位素具有相同 而 不同的原子核 在元素周期表中處于同一位置 互稱 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過四十多種 而人工制造的放射性同位素已達1000多種 2 放射性同位素的應用 放射性同位素放出的射線應用于工業(yè) 探傷 農(nóng)業(yè) 醫(yī)療等 作示蹤原子 3 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 同位素 1 衰變規(guī)律及實質(zhì) 2 人造放射性同位素的優(yōu)點 1 放射強度容易控制 2 可以制成各種所需的形狀 3 半衰期很短 廢料容易處理 核力核子間的作用力 核力是短程強引力 作用范圍在1 5 10 15m之內(nèi) 只在 的核子間發(fā)生作用 核能 結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量 叫做原子核的 能 亦稱核能 質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E 原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小 m 這就是質(zhì)量虧損 由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能 E 核力 結(jié)合能 質(zhì)量虧損 考綱要求 1 2 3 相鄰 結(jié)合 mc2 mc2 核子 裂變反應和聚變反應 1 重核裂變 是重核分裂成中等質(zhì)量的核的反應過程 如 由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反應 發(fā)生鏈式反應的條件是 裂變物質(zhì)的體積 臨界體積 裂變的應用 原子彈 核反應堆 2 輕核聚變 聚變是兩個輕核結(jié)合成 的核的反應過程 如 使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫 因此聚變又叫 3 裂變反應和聚變反應 裂變反應堆核反應方程 考綱要求 1 3 大于 等于 質(zhì)量較大 熱核 反應 核反應的四種類型 2 射線的危害和防護 考綱要求 關于原子結(jié)構(gòu)理論與 粒子散射實驗的關系 下列說法正確的是 A 盧瑟福做 粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫的棗糕模型是錯誤的B 盧瑟福認識到湯姆孫 棗糕模型 的錯誤后提出了 核式結(jié)構(gòu) 理論C 盧瑟福的 粒子散射實驗是為了驗證核式結(jié)構(gòu)理論的正確性D 盧瑟福依據(jù) 粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的 核式結(jié)構(gòu) 理論答案D 1 答案D 2 氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成 這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力 庫侖力和核力 則3種力從大到小的排列順序是 A 核力 萬有引力 庫侖力B 萬有引力 庫侖力 核力C 庫侖力 核力 萬有引力D 核力 庫侖力 萬有引力解析核力是核子之間的一種強相互作用 其相互作用力巨大 兩核子之間的萬有引力極其微小 所以我們在平時的計算時不考慮 答案D 3 解析核反應類型分四種 方程特點各有不同 衰變方程的左邊只有一個原子核 右邊出現(xiàn) 或 粒子 聚變方程的左邊是兩個輕核反應 右邊是中等原子核 裂變方程的左邊是重核與中子反應 右邊是中等原子核 人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應 右邊也是常見元素的原子核 由此可知B D兩選項正確 答案BD 現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于 A 天然放射性元素衰變放出的能量B 人工放射性同位素放出的能量C 重核裂變放出的能量D 化學反應放出的能量解析現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾 利用鈾裂變放出的核能發(fā)電 故C項正確 答案C 5 根據(jù)玻爾理論 在氫原子中量子數(shù)n越大 則 A 電子軌道半徑越小B 核外電子速度越小C 原子能級能量越小D 原子的電勢能越小答案B 6 如圖1 3 3 甲 是 三種射線穿透能力的示意圖 圖1 3 3 乙 是工業(yè)上利用射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部的傷痕的示意圖 請問圖1 3 3 乙 中的檢查是利用了哪種射線 圖1 3 3 7 A 射線B 射線C 射線D 三種射線都可以答案C 2011 從化模擬 可見光光子的能量在1 61eV 3 10eV范圍內(nèi) 若氫原子從高能級躍遷到低能級 根據(jù)氫原子能級圖 如圖1 3 4所示 可判斷 圖1 3 4 8 A 從n 4能級躍遷到n 3能級時發(fā)出可見光B 從n 3能級躍遷到n 2能級時發(fā)出可見光C 從n 2能級躍遷到n 1能級時發(fā)出可見光D 從n 4能級躍遷到n 1能級時發(fā)出可見光解析發(fā)出可見光的能量h En Em 故四個選項中 只有B選項的能級差在1 61eV 3 10eV范圍內(nèi) 故B選項正確 答案B 太陽的能量來自下面的反應 四個質(zhì)子 氫核 聚變成一個 粒子 同時發(fā)射出兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子 已知 粒子的質(zhì)量為m 質(zhì)子的質(zhì)量為mp 電子的質(zhì)量為me 則NA表示阿伏加德羅常數(shù) 用c表示光速 則太陽上1kg的氫核聚變成 粒子所放出的能量為 A 125 4mp m 2me NAc2B 250 4mp m 2me NAc2C 500 4mp m 2me NAc2D 1000 4mp 4m 2me NAc2 9 答案B 在未來的中國 從沿海的廣東 浙江 福建到內(nèi)陸的湖北 湖南 江西 幾十座核電站將拔地而起 發(fā)展核電既是中國發(fā)展突破能源 交通 環(huán)保瓶頸的上策 也符合國務院總理溫家寶在 政府工作報告 中關于 節(jié)能減排 的號召 下列關于核電站的說法中正確的是 10 答案D 如圖1 3 5所示 氫原子從n 2的某一能級躍遷到n 2的能級 輻射出能量為2 55eV的光子 問 1 最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量 才能使它輻射上述能量的光子 2 請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖 考點一能級躍遷問題 典例1 圖1 3 5 解析 1 氫原子從n 2的某一能級躍遷到n 2的能級 輻射光子的頻率應滿足 h En E2 2 55eV En h E2 0 85eV所以 n 4 基態(tài)氫原子要躍遷到n 4的能級 應提供 E E4 E1 12 75eV 2 輻射躍遷圖如答案圖所示 答案 1 12 75eV 2 1 量子數(shù)為n的氫原子輻射光子的可能頻率的判定方法 如果是一個氫原子 向低能級躍遷時最多發(fā)出的光子數(shù)為 n 1 如果是一群氫原子 向低能級躍遷時最多發(fā)出的光子數(shù)的 2 理解氫原子能級圖 量子數(shù)越大 相鄰能級差越小 發(fā)出光子波長越長 圖1 3 6所示為氫原子的四個能級 其中E1為基態(tài) 若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2 氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3 則下列說法正確的是 A 原子A可能輻射出3種頻率的光子B 原子B可能輻射出3種頻率的光子C 原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D 原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4 變式1 圖1 3 6 解析本題考查對玻爾理論的理解及推理能力 原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1 只輻射一種頻率的光子 A錯 原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射三種頻率的光子 B對 由原子能級躍遷理論可知 原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3 但不能躍遷到E4 C錯 A原子發(fā)出的光子能量 E E2 E1大于E4 E3 故原子B不可能躍遷到能級E4 D錯 答案B 下列說法正確的是 A 是裂變 是 衰變 是聚變B 是聚變 是裂變 是 衰變C 是 衰變 是裂變 是聚變D 是 裂變 是聚變 是裂變 考點二核反應方程及核反應類型的判斷 典例2 2 現(xiàn)有四個核反應 是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程 是研究原子彈的基本核反應方程 是研究氫彈的基本核反應方程 求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù) 2 人工轉(zhuǎn)變方程的特點是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核 箭頭的右邊也是常見元素的原子核 D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程 B是裂變反應 是研究原子彈的核反應方程 A是聚變反應 是研究氫彈的核反應方程 由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定 X質(zhì)量數(shù)為144 電荷數(shù)為56 所以中子數(shù)為144 56 88 答案 1 C 2 DBA 14488 三個原子核X Y Z X核放出一個正電子后變?yōu)閅核 Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應后生成Z核并放出一個氦核 He 則下面說法正確的是 A X核比Z核多一個質(zhì)子B X核比Z核少一個中子C X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大3D X核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍 變式2 答案CD 反應方程下方的數(shù)字是中子及有關原子的靜止質(zhì)量 以原子質(zhì)量單位u為單位 已知1u的質(zhì)量對應的能量為9 3 102MeV 此裂變反應釋放出的能量是 MeV 考點三核能的計算 典例3 解析由題給核反應方程及其下面的數(shù)據(jù)可知 裂變之前的總質(zhì)量為 235 0439u 1 0087u 236 0526u 裂變之后的總質(zhì)量為 138 9178u 93 9154u 3 1 0087u 235 8593u 質(zhì)量虧損為 m 236 0526u 235 8593u 0 1933u 因為1u的質(zhì)量對應的能量約為9 3 102MeV所以 E 0 193 9 3 102MeV 1 8 102MeV 答案1 8 102 1 應用質(zhì)能方程解題的流程圖 根據(jù) E mc2計算 計算時 m的單位是 kg c的單位是 m s E的單位是 J 根據(jù) E m 931 5MeV計算 因1原子質(zhì)量單位 u 相當于931 5MeV的能量 所以計算時 m的單位是 u E的單位是 MeV 根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能 核子比結(jié)合能 核子數(shù) 2 利用質(zhì)能方程計算核能時 不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進行計算 變式3 答案 1 ACD 2 A 考點四核反應與動量守恒的綜合應用 典例4 A X原子核中含有54個質(zhì)子B X原子核中含有53個中子C 裂變時釋放能量是因為虧損的質(zhì)量變成了能量D 裂變時釋放能量 出現(xiàn)質(zhì)量虧損 質(zhì)量數(shù)不守恒 圖1 3 7 解析 1 由核反應方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知 X原子核中含有54個質(zhì)子 78個中子 故A正確 B D錯 釋放能量不是質(zhì)量變成了能量 而是虧損的質(zhì)量與釋放的能量相對應 C錯 變式4 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全