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,第十一章动量近代物理,第4讲原子与原子核,大一轮复习讲义,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,随堂测试,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,随堂检测 检测课堂学习效果,课时作业,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,一、光谱和能级跃迁,1.氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的 (频率) 和强度分布的记录，即光谱. (2)光谱分类,波长,连续,吸收,特征,(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.,特征谱线,2.氢原子的能级结构、能级公式 (1)玻尔理论 定态：原子只能处于一系列 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，但并不向外辐射能量. 跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即h . (h是普朗克常量，h6.631034 Js) 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 ，因此电子的可能轨道也是 .,不连续,稳定,EmEn,不连续的,不连续的,(2)几个概念 能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级. 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)氢原子的能级公式：En (n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值 为E1 eV. (4)氢原子的半径公式：rn (n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m.,最低,正整数,13.6,n2r1,3.氢原子的能级图 能级图如图1所示,图1,自测1一个氢原子从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，能量减少 C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少,解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，A、C、D错误.,二、原子核原子核的衰变,1.原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为 .质子带正电，中子不带电. (2)基本关系 核电荷数质子数(Z)元素的原子序数 . 质量数(A) 质子数中子数. (3)X元素的原子核的符号为 X，其中A表示 ，Z表示核电荷数.,核子,核外电子数,核子数,质量数,2.天然放射现象 (1)天然放射现象 元素 地发出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有 的结构. (2)三种射线,自发,贝可勒尔,复杂,(3)放射性同位素的应用与防护 放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同. 应用：消除静电、工业探伤、做 等. 防护：防止放射性对人体组织的伤害. 3.原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变 原子核放出粒子或粒子，变成另一种 的变化称为原子核的衰变.,天然,人工,示踪原子,原子核,分类 衰变： _ 衰变： _ 当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射.,(2)半衰期 定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间. 影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核 自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.,(3)公式：N余N原( ) ，m余m原( ) .,半数,内部,三、核力与结合能核反应,1.核力 (1)定义：原子核内部，核子间的特有的相互作用力. (2)特点：核力是强相互作用的一种表现； 核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内； 每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用. 2.核能 (1)结合能：核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时 的能量，叫做原子核的结合能，亦称为核能.,放出,吸收,(2)比结合能 定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能. 特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定. 3.质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E ，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能E .,mc2,mc2,4.核能释放的两种途径的理解 (1)使较重的核分裂成中等大小的核； (2)较小的核结合成中等大小的核. 核子的比结合能都会增大，都可以释放能量. 5.核反应 (1)遵守的规律： 守恒、质量数守恒. (2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变.,电荷数,自测2下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是 A.射线是高速运动的电子流 B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大 C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D. 的半衰期是5天，100克 经过10天后还剩下50克,解析射线是高速电子流，而射线是一种电磁波，选项A错误. 氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确. 太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误.,研透命题点,1.原子跃迁条件与规律 原子的跃迁条件：hE初E终，适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.以下两种情况则不受此条件限制. (1)光子和原子作用而使原子电离的情况 原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.,命题点一玻尔理论与氢原子光谱,(2)实物粒子和原子作用而使原子激发的情况 当实物粒子和原子相碰时，由于实物粒子的动能可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定态能量之差，均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.,例1(2018南京市、盐城市二模)如图2是氢原子的能级示意图，已知基态氢原子能量为E1，普朗克常量为h，则氢原子从n2能级跃迁到n1能级时辐射 出的光子的频率为 ；若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢 原子从n3能级跃迁到n1能级时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光 电子的最大初动能为 .,图2,变式1(2018扬州市一模)可见光中某绿光的光子能量是2.5 eV，若用它照射逸出功是2.2 eV的某种金属，产生光电子的最大初动能为 eV.如图3所示为氢原子能级的示意图，若用该绿光照射处于n2能级的氢原子， (选填“能”或“不能”)使氢原子跃迁.,图3,0.3,不能,解析用能量为2.5 eV的光子照射逸出功是2.2 eV的某种金属，根据光电效应方程，产生光电子的最大初动能为EkhW00.3 eV； 绿光的光子能量2.5 eV不等于处于n2能级的氢原子与任一能级间的能量差，故不能使氢原子跃迁.,命题点二原子核的衰变,1.衰变规律及实质,2.原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程. 3.确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为,根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 AA4n，ZZ2nm (2)因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数.,例2(2018江苏单科12C(1)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为 A.14 B.12 C.21 D.41,答案见解析,答案见解析,(2)求粒子X的动能.(保留两位有效数字),解析设钋核的质量为m1、速度大小为v1，粒子X的质量为m2、速度大小为v2 根据动量守恒定律，有0m1v1m2v2,命题点三核反应类型及核反应方程,例3(2018南京市三模)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核( Li)，发生核反应后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与粒子的速度之比为78，中子的质量为m，质子的质量可近似看做m，普朗克常量为h. (1)写出核反应方程.,(2)该核反应中粒子对应的物质波的波长为多少？,解析以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv3mv14mv2 又v1v278,变式3(多选)(2018江苏省扬州市期末检测)关于核反应方程，下列说法正确的是,铀核裂变是铀核俘获一个中子后裂变成两个中等质量的原子核，故B错误； 核反应中质量数守恒，电荷数守恒，He原子核的质量数为4，是电磁波，所以X原子核的质量数是235，故C错误；,命题点四关于核能的计算,(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”.,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. 3.核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.,3.52,变式4(多选)(2017江苏单科12C(1)原子核的比结合能曲线如图4所示.根据该曲线，下列判断正确的有,图4,随堂测试,1.(2018南京市三模)下列说法中正确的是 A.一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量 B.汤姆孙发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构 C.根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云 D.氢原子可以吸收任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大,1,2,3,4,5,6,2.(多选)(2018南通市等六市一调)关于原子核和原子的变化，下列说法正确的是 A.维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力 B.原子序数小于83的元素的原子核不可能自发衰变 C.重核发生裂变反应时，生成新核的比结合能变大 D.原子核发生变化时，一定会释放能量,1,2,3,4,5,6,解析维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力，故A正确； 原子序数小于83的元素的一些同位素也可以自发衰变，故B错误； 重核发生裂变反应时，释放能量，所以生成新核的比结合能变大，故C正确； 原子核发生变化时，如果质量增大，则吸收能量，故D错误.,1,2,3,4,5,6,3.(多选)(2018南京市、盐城市一模)下面四幅示意图中能正确反应核反应过程的是,1,2,3,4,5,6,解析A项中符合质量数守恒和电荷数守恒，故A正确； B项中质量数守恒，但电荷数不守恒，故B错误； C项中质量数守恒，但电荷数不守恒，故C错误； D项中符合质量数守恒和电荷数守恒，故D正确.,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,B.发生一次核反应释放的核能为(m2m3m1)c2 C.1 g氡原子核经2T时间后，剩余氡原子核的质量为0.5 g D.钋核的比结合能比氡核的比结合能大,6,1,2,3,4,5,发生一次核反应释放的核能为(m1m2m3)c2，B错误； 1 g氡原子核经2T时间后，剩余氡原子核的质量为0.25 g，C错误； 核反应释放能量，故钋核的比结合能比氡核的比结合能大，D正确.,6,1,2,3,4,5,5.(2018金陵中学等三校四模)下列判断中正确的是 A.核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小 B.比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 C.一个氢原子从n3的能级跃迁回基态，可能辐射三个光子 D.金属的逸出功随入射光频率的增大而增大,6,1,2,3,4,5,解析核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大的多，A错； 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，B正确； 一个氢原子从n3的能级跃迁回基态，可能辐射两个光子，C错； 金属的逸出功与入射光频率无关，与金属的性质有关，D错.,6,6.(2018南京师大附中5月模拟)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”.,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,12.5%,6,课时作业,1.(多选)(2018苏锡常镇一调)如图1所示，下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是,双基巩固练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图1,A.甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放 出能量 B.乙图中，一群处于n5能级的氢原子向低 能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子 C.丙图中，原来有1 000个氡222，经过一个 半衰期的时间，一定还剩下500个 D.丁图中，链式反应属于重核的裂变,11,12,13,解析题图甲中，原子核D和E聚变成原子核F有质量亏损，要放出能量，选项A正确； 题图乙中，一群处于n5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C 10种不同频率的光子，选项B错误； 半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核不适用，选项C错误； 题图丁中，链式反应属于重核的裂变，选项D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,2.(多选)(2018盐城中学质检)下列说法中正确的是 A.原子核在人工转变的过程中，一定放出能量 B.天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构 C. 衰变成 要经过5次衰变和8次衰变 D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,3.(多选)(2018江苏省高考压轴卷)关于原子核的结合能，下列说法正确的是 A.一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原 来重核的结合能 B.铯原子核( )的结合能小于铅原子核( )的结合能 C.比结合能越大，原子核越不稳定 D.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析比结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为比结合能更大的衰变产物，A项正确，C项错误； 组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，B项正确； 自由核子组成原子核时，放出的能量与组成该原子核的结合能相等，D项错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,4.(多选)(2018扬州中学月考)下列说法正确的是 A.氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个氡原子 核了 B.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到 核外，就是粒子，这就是衰变的实质 C.光子的能量由光的频率所决定 D.只要有核反应发生，就一定会释放出核能 E.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道 时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析半衰期是大量原子核衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，A错误； 衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子，B正确； 根据光子能量计算公式Eh可知其能量由光子频率决定，C正确； 只有存在质量亏损的核反应(核反应过程中比结核能下降)才会释放核能，D错误； 按照玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃迁时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，E错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,5.(多选)(2018高考押题预测卷)下列说法正确的是 A.放射性元素的半衰期随温度升高而减小 B.比结合能越大的原子核越稳定 C.放射性同位素可以用来做示踪原子 D.大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析放射性元素的半衰期只与原子核的结构有关，与元素所处的物理、化学状态无关，故A错误； 比结合能越大的原子核越稳定，故B正确； 放射性同位素可以利用它的放射性特点，用来做示踪原子，故C正确；,根据C 计算出大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,6.(多选)(2018南通市等七市三模)中微子是一种不带电、质量很小的粒子.我国物理学家王淦昌首先提出了证实中微子存在的实验方案.静止的铍核( Be)可能从很靠近它的核外电子中俘获一个电子(动能忽略不计)形成一个新核并放出中微子，新核处于激发态，放出光子后回到基态.通过测量新核和光子的能量，可间接证明中微子的存在.则 A.产生的新核是锂核( Li) B.反应过程吸收能量 C.中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等 D.中微子的动能与处于激发态新核的动能相等,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,7.(2018铜山中学5月模拟)太阳内部不断地进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核就是其中之一，请写出其核反应方程 ；如果氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为_ .,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,3,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,9.(2018程桥高中月考)研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137( Cs)，可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右.请写出铯137发生衰变的核反应方程(新核可用X表示)： .如果在该反应 过程中释放的核能为E，光速为c，则其质量亏损为 .,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,10.(2018苏锡常镇一调)正电子发射型计算机断层显像，是核医学领域比较先进的临床检查影像技术.放射性同位素在衰变过程中会释放出正电子，一个正电子遇到一个电子后发生湮灭，产生方向相反的一对光子.已知电子的质量为m，光速为c，则一对静止的正、负电子湮灭过程中产生的一个光子能量是 ，湮灭的反应方程式为 .,综合提升练,mc2,解析由于光子无静止的质量，则电子对撞过程中的质量亏损为m2m02m.由爱因斯坦质能方程中电子对撞放出的能量为Emc22mc2，根据能量守恒得，每个光子的能量为mc2，根据质量数守恒与电荷数守恒写出湮灭的反应方程式为：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,11.(2018泰州中学四模)己知质子的质量为m1，中子的质量为m2，碳核( C)的质 量为m3，光速为c，则碳核( C)的比结合能为 ，碳14是 碳的一种具有放射性的同位素，研究发现外来的宇宙射线与大气作用产生宇宙射线中子，宇宙射线中子和大气中氮核( N)起核反应产生碳14，请写出核反应方程 .,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,12.(2018江苏省高考压轴冲刺卷)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年.已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变，生命活动结束后，14C的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.该古木的年代距今约 年，14C衰变为14N的过程中放出 射线.,5 700,解析古木样品中14C的比例正好是现代样品的二分之一，说明该古木恰好经历了一个半衰期的时间，则该古木的年代距今约5 700年；14C的衰变方程为： ，则放出射线.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,13.(2018南通、宿迁、徐州、淮安、泰州、扬州二研)原子核的能量也是量子化的，钍核( Th)的能级图如图2所示. Ac发生衰变产生钍核，钍核处于n3的能级.,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(2)发生上述衰变时，探测器能接收到射线谱线有几条？求波长最长的光子的能量E.,答案3条0.072 1 MeV,所以EE2E10.072 1 MeV.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,
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