2019年高考物理總復習 第十二章 原子與原子核 第2課時 原子結(jié)構(gòu)與原子核課件 教科版.ppt

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第2課時原子結(jié)構(gòu)與原子核 基礎回顧 核心探究 演練提升 基礎回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 原子的核式結(jié)構(gòu)1 電子的發(fā)現(xiàn) 英國物理學家發(fā)現(xiàn)了電子 湯姆孫 2 粒子散射實驗 1909 1911年 英籍物理學家及蓋革進行了用 粒子轟擊金箔的實驗 實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍沿的方向前進或只發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn) 但有些 粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn) 大約1 8000的 粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90 個別的甚至接近180 就像被彈回來了一樣 3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 在原子中間有一個體積很小 帶正電荷的核 電子在核外繞核運動 盧瑟福 原來 二 氫原子光譜1 光譜分類 1 線狀譜 由一條條的組成的光譜 亮線 光帶 2 連續(xù)譜 連在一起的的光譜 2 氫原子光譜的實驗規(guī)律 1 巴爾末公式 n 3 4 5 RH是里德伯常量 RH 1 10 107m 1 n為量子數(shù) 2 氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線都滿足與巴爾末公式類似的關系式 三 氫原子的能級結(jié)構(gòu) 能級公式1 玻爾理論 1 定態(tài) 電子圍繞原子核運動的軌道不是任意的 而是一系列的 特定的軌道 當電子在這些軌道上運動時 原子是的 不向外輻射能量 也不吸收能量 2 躍遷 當原子中的電子從一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時 才發(fā)射或吸收一個光子 光子的能量h 分立 穩(wěn)定 En Em 2 氫原子的能級 能級公式 1 氫原子的能級能級圖如圖所示 2 氫原子的能級和軌道半徑 氫原子的能級公式 En n 1 2 3 其中E1為基態(tài)能量 其數(shù)值為E1 氫原子的軌道半徑公式 rn n 1 2 3 其中r1為基態(tài)半徑 又稱玻爾半徑 其數(shù)值為r1 0 53 10 10m 13 6eV n2r1 四 原子核的組成 放射性及衰變1 原子核的組成 原子核是由和中子組成的 原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的 2 天然放射現(xiàn)象 1 天然放射現(xiàn)象放射性元素地發(fā)出射線的現(xiàn)象 首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn) 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 說明具有復雜的結(jié)構(gòu) 2 三種射線 放射性元素放射出的射線共有三種 分別是射線 射線 射線 3 放射性的應用與防護 應用 利用射線的特性 作為 利用衰變特性 其他應用 防護 距離防護 時間防護 防護 儀器監(jiān)測 質(zhì)子數(shù) 自發(fā) 原子核 示蹤原子 屏蔽 質(zhì)子 3 原子核的衰變 1 衰變 原子核放出或 變成另一種原子核的變化 3 半衰期 放射性元素有發(fā)生衰變所需的時間 半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定 跟原子所處的或無關 粒子 粒子 半數(shù) 化學狀態(tài) 外部條件 鈾238核放出一個 粒子后 成為一個新核釷234核 釷234核也具有放射性 它能放出一個 粒子而變成鏷234核 衰變后情景如圖所示 1 寫出鈾238的 衰變方程 射線是什么物質(zhì) 2 寫出釷234的 衰變方程 射線是什么物質(zhì) 3 已知釷234的半衰期是24天 1g釷經(jīng)過48天后還剩多少 五 核力與結(jié)合能1 核力 1 含義 之間的相互作用力 核子 2 特征 在核的線度內(nèi) 核力比庫侖力得多 核力是 當兩核子中心相距大于核子本身線度時 核力幾乎完全消失 核力與無關 質(zhì)子與質(zhì)子 質(zhì)子與中子 以及中子與中子之間的核力是的 2 結(jié)合能 1 結(jié)合能 由分散的核子結(jié)合成原子核的過程中所釋放出的能量 2 質(zhì)能方程 一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系 物體的總能量和它的質(zhì)量成正比 即E 核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m 其能量也要相應減少 即 E 大 短程力 電荷 相等 mc2 mc2 3 獲得核能的途徑 1 核裂變 定義 重核分裂成幾個質(zhì)量原子核的現(xiàn)象 中等 較重 2 核聚變 定義 把輕原子核聚合成原子核的反應 自主檢測 1 思考判斷 1 人們認識原子具有復雜結(jié)構(gòu)是從英國物理學家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的 2 核式結(jié)構(gòu)學說是盧瑟福在 粒子散射實驗的基礎上提出的 3 玻爾理論成功地解釋了原子光譜問題 4 人們認識原子核具有復雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的 5 如果某放射性元素的原子核有100個 經(jīng)過一個半衰期后還剩50個 6 質(zhì)能方程表明在一定條件下 質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量 答案 1 2 3 4 5 6 2 2017 汕頭一模 多選 氫原子的能級如圖所示 氫原子從n 4能級直接向n 1能級躍遷所放出的光子 恰能使某金屬產(chǎn)生光電效應 下列判斷正確的是 A 氫原子輻射出光子后 氫原子能量變大B 該金屬的逸出功W 12 75eVC 用一群處于n 3能級的氫原子向低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬 該金屬仍有光電子逸出D 氫原子處于n 1能級時 其核外電子在最靠近原子核的軌道上運動 BD 解析 氫原子發(fā)生躍遷 輻射出光子后 氫原子能量變小 故A錯誤 氫原子由n 4躍遷到n 1 輻射的光子能量 E 13 6eV 0 85eV 12 75eV 則該金屬逸出功W 12 75eV 故B正確 一群處于n 3能級的氫原子向低能級躍遷時 輻射的能量小于從n 4能級直接向n 1能級躍遷所放出的光子能量 則不會發(fā)生光電效應 故C錯誤 根據(jù)玻爾原子模型可知 處于n 1能級時 其核外電子在最靠近原子核的軌道上運動 故D正確 AD 核心探究分類探究 各個擊破 考點一氫原子能級及原子躍遷 1 能級圖中相關因素的說明 2 兩類能級躍遷 2 受激躍遷 由低能級躍遷到高能級 吸收能量 光照 吸收光子 光子的能量必須恰等于能級差h E 碰撞 加熱等 只要入射粒子能量大于或等于能級差即可 E外 E 大于電離能的光子被吸收 將原子電離 3 譜線條數(shù)的確定方法 1 一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為 n 1 利用能級圖求解 在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出 然后相加 典例1 2017 廣元二模 如圖所示為氫原子的能級示意圖 一群氫原子處于n 3的激發(fā)態(tài) 在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子 用這些光照射逸出功為2 49eV的金屬鈉 說法正確的是 A 這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光 其中從n 3躍遷到n 2所發(fā)出的光波長最短B 這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光 其中從n 3躍遷到n 1所發(fā)出的光頻率最小C 金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為9 60eVD 金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為11 11eV C 核心點撥 1 處于高激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時 能級差越大輻射的光子的能量越大 波長越短 2 大量的處于高能級的氫原子向低能級躍遷時 輻射光子的種類數(shù)滿足 解析 一群氫原子處于n 3的激發(fā)態(tài) 向低能級躍遷時可能放出3種不同頻率的光子 從n 3躍遷到n 1輻射的光子頻率最大 波長最短 故A B錯誤 n 3躍遷到n 1輻射的光子能量最大 為12 09eV 則光電子的最大初動能Ek h W 12 09eV 2 49eV 9 60eV 故C正確 D錯誤 題后反思氫原子躍遷問題的兩點注意 1 能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的 2 能級之間發(fā)生躍遷時放出 吸收 光子的頻率由h En Em求得 若求波長可由公式c 求得 多維訓練 1 玻爾原子理論 2018 長沙模擬 多選 以下關于玻爾原子理論的說法正確的是 A 電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑不是任意的B 電子在繞原子核做圓周運動時 穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射C 不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時 只有某些頻率的光可以被氫原子吸收D 氫原子光譜有很多不同的亮線 說明氫原子能發(fā)出很多不同頻率的光 但它的光譜不是連續(xù)譜 ACD 2 導學號58826252 氫原子光譜和能級躍遷 2018 龍巖模擬 1995年科學家 制成 了反氫原子 它是由一個反質(zhì)子和一個圍繞它運動的正電子組成 反質(zhì)子和質(zhì)子有相同的質(zhì)量 帶有等量異種電荷 反氫原子和氫原子有相同的能級分布 氫原子能級如圖所示 則下列說法中正確的是 A 反氫原子光譜與氫原子光譜不相同B 基態(tài)反氫原子的電離能是13 6eVC 基態(tài)反氫原子能吸收11eV的光子發(fā)生躍遷D 在反氫原子譜線中 從n 2能級躍遷到基態(tài)輻射光子的波長最長 B 解析 反氫原子和氫原子有相同的能級分布 所以反氫原子光譜與氫原子光譜相同 故A錯誤 處于基態(tài)的氫原子的電離能是13 6eV 具有大于等于13 6eV能量的光子可以使氫原子電離 故B正確 基態(tài)的反氫原子吸收11eV的光子 能量為 13 6eV 11eV 2 6eV 不能發(fā)生躍遷 所以該光子不能被吸收 故C錯誤 在反氫原子中處于激發(fā)態(tài)的反氫原子 從n 2能級躍遷到基態(tài)輻射光子能量較大 波長較小 故D錯誤 考點二原子核的衰變半衰期 1 放射性元素具有放射性的元素稱為放射性元素 原子序數(shù)大于或等于83的元素 都能自發(fā)地發(fā)出射線 原子序數(shù)小于83的元素 有的也能放出射線 2 三種射線的比較 3 衰變 衰變的比較 4 對半衰期的理解 2 半衰期的物理意義 半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量 同一放射性元素具有的衰變速率一定 不同的放射性元素半衰期不同 有的差別很大 3 半衰期的適用條件 半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律 是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié) 對于一個特定的原子核 無法確定何時發(fā)生衰變 B 核心點撥 1 原子核衰變前后系統(tǒng)動量守恒 2 半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變的時間 不是一次衰變的時間 解析 衰變前后動量守恒 衰變前動量為零 故衰變后釷核與 粒子動量大小相等 方向相反 選項B正確 又Ek 釷核與 粒子動量大小相等 但質(zhì)量不同 故動能不同 選項A錯誤 半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間 而放出 粒子所經(jīng)歷的時間是一個原子核的衰變時間 選項C錯誤 核反應過程釋放能量 衰變前后質(zhì)量數(shù)不變 但有質(zhì)量虧損 選項D錯誤 誤區(qū)警示半衰期的三點提醒 1 半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律 對少數(shù)原子核不適用 2 原子元素質(zhì)量減少一半與原子核有半數(shù)發(fā)生衰變含義不同 3 半衰期的大小是由原子核內(nèi)部自身因素決定的 與外部條件無關 多維訓練 1 三種射線 2018 太原模擬 研究放射性元素射線性質(zhì)的實驗裝置如圖所示 兩塊平行放置的金屬板A B分別與電源的兩極a b連接 放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出 則 A a為電源正極 到達A板的為 射線B a為電源正極 到達A板的為 射線C a為電源負極 到達A板的為 射線D a為電源負極 到達A板的為 射線 B 2 半衰期公式的應用 2017 濰坊一模 14C是碳元素的一種具有放射性的同位素 其半衰期約為5700年 在某次研究中 測得考古樣品中14C的含量大約是鮮活生命體中14C含量的 則樣品生活的年代約是 A 11400年前B 17100年前C 22800年前D 45600年前 B 考點三核反應類型與核反應方程 1 核反應的四種類型 2 核反應方程的書寫 2 核反應過程一般都不是可逆的 所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向 不能用等號連接 3 核反應的生成物一定要以實驗為基礎 不能只依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒憑空杜撰出生成物來寫核反應方程 典例3 2016 全國 卷 35 在下列描述核過程的方程中 屬于 衰變的是 屬于 衰變的是 屬于裂變的是 屬于聚變的是 填正確答案標號 核心點撥 1 放射性元素自發(fā)放出射線的核反應為衰變 2 中子轟擊重核生成輕核屬于重核裂變 輕核結(jié)合為重核為聚變 答案 CABEF 方法技巧四種核反應的特點 1 衰變 一分為二 生成物有 粒子或 粒子 電子 2 人工轉(zhuǎn)變 用 粒子或中子轟擊原子核 3 重核裂變 用中子轟擊重核 4 輕核聚變 輕核結(jié)合為重核 多維訓練 1 原子核衰變 多選 原子核X發(fā)生 衰變后變成Y核 Y核吸收一個中子后生成Q核并放出一個 粒子 則下面說法正確的是 A X核比Q核多一個中子B X核比Q核多一個質(zhì)子C X核的質(zhì)量數(shù)比Q核的質(zhì)量數(shù)大3D X核的電荷數(shù)比Q核的電荷數(shù)多1 BD 考點四核力與核能 1 對質(zhì)能方程的理解 1 一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系 物體的總能量和它的質(zhì)量成正比 即E mc2 物體的能量增大 質(zhì)量也增大 物體的能量減少 質(zhì)量也減少 2 核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m 其能量也要相應減少 即 E mc2 3 原子核分解成核子時要吸收一定的能量 相應的質(zhì)量增加 m 吸收的能量為 E mc2 2 核反應中釋放核能的計算 1 根據(jù) E mc2計算時 m的單位是 kg c的單位是 m s E的單位是 J 2 根據(jù) E m 931 5MeV計算時 m的單位是 u E的單位是 MeV 3 根據(jù)核子比結(jié)合能計算 即 E等于 反應前核子比結(jié)合能 反應后核子比結(jié)合能 核子數(shù) 核心點撥 1 核反應中遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 答案 1 3大于 核心點撥 2 用質(zhì)能方程 E mc2求結(jié)合能 答案 2 4 3 10 12J 2 取質(zhì)子的質(zhì)量mp 1 6726 10 27kg 中子的質(zhì)量mn 1 6749 10 27kg 粒子的質(zhì)量m 6 6467 10 27kg 光速c 3 0 108m s 請計算 粒子的結(jié)合能 計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 解析 2 組成 粒子的核子與 粒子的質(zhì)量差 m 2mp 2mn m 結(jié)合能 E mc2代入數(shù)據(jù)得 E 4 3 10 12J 方法技巧核能求解的思路方法 1 應用質(zhì)能方程解題的流程圖 2 在用粒子轟擊原子核或原子核自發(fā)地分裂過程中 動量保持守恒 在動量守恒方程中 各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示 核反應中我們可以結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律來計算核能 多維訓練 A 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 演練提升真題體驗 強化提升 B 解析 氘核聚變反應中虧損的質(zhì)量 m 2 0136u 2 3 0150u 1 0087u 0 0035u 釋放的核能 E 0 0035 931MeV 3 3MeV 選項B正確 2 核反應類型 2017 天津卷 1 我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認證 這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻 下列核反應方程中屬于聚變反應的是 A 解析 A項是氫元素的兩種同位素氘和氚聚變成氦元素的核反應方程 B項是用 粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程 C項屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變 D項屬于重核的裂變 因此只有A項符合要求 ABE 4 能級躍遷 2016 北京卷 13 處于n 3能級的大量氫原子 向低能級躍遷時 輻射光的頻率有 A 1種B 2種C 3種D 4種 C 解析 處于n 3能級的大量氫原子 向低能級躍遷時可由n 3躍遷到n 2 n 1以及從n 2躍遷到n 1 共輻射出3種頻率的光子 選項C正確 答案 見解析 2 粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流 求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小 3 設該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為 粒子和新核的動能 新核的質(zhì)量為M 求衰變過程的質(zhì)量虧損 m 答案 見解析