2019年高考物理总复习第十二章原子与原子核第2课时原子结构与原子核课件教科版.ppt

第2课时原子结构与原子核 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 原子的核式结构1 电子的发现 英国物理学家发现了电子 汤姆孙 2 粒子散射实验 1909 1911年 英籍物理学家及盖革进行了用 粒子轰击金箔的实验 实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿的方向前进或只发生很小的偏转 但有些 粒子发生了较大的偏转 大约1 8000的 粒子偏转角度超过了90 个别的甚至接近180 就像被弹回来了一样 3 原子的核式结构模型 在原子中间有一个体积很小 带正电荷的核 电子在核外绕核运动 卢瑟福 原来 二 氢原子光谱1 光谱分类 1 线状谱 由一条条的组成的光谱 亮线 光带 2 连续谱 连在一起的的光谱 2 氢原子光谱的实验规律 1 巴尔末公式 n 3 4 5 RH是里德伯常量 RH 1 10 107m 1 n为量子数 2 氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线都满足与巴尔末公式类似的关系式 三 氢原子的能级结构 能级公式1 玻尔理论 1 定态 电子围绕原子核运动的轨道不是任意的 而是一系列的 特定的轨道 当电子在这些轨道上运动时 原子是的 不向外辐射能量 也不吸收能量 2 跃迁 当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时 才发射或吸收一个光子 光子的能量h 分立 稳定 En Em 2 氢原子的能级 能级公式 1 氢原子的能级能级图如图所示 2 氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式 En n 1 2 3 其中E1为基态能量 其数值为E1 氢原子的轨道半径公式 rn n 1 2 3 其中r1为基态半径 又称玻尔半径 其数值为r1 0 53 10 10m 13 6eV n2r1 四 原子核的组成 放射性及衰变1 原子核的组成 原子核是由和中子组成的 原子核的电荷数等于核内的 2 天然放射现象 1 天然放射现象放射性元素地发出射线的现象 首先由贝克勒尔发现 天然放射现象的发现 说明具有复杂的结构 2 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是射线 射线 射线 3 放射性的应用与防护 应用 利用射线的特性 作为 利用衰变特性 其他应用 防护 距离防护 时间防护 防护 仪器监测 质子数 自发 原子核 示踪原子 屏蔽 质子 3 原子核的衰变 1 衰变 原子核放出或 变成另一种原子核的变化 3 半衰期 放射性元素有发生衰变所需的时间 半衰期由原子核内部自身的因素决定 跟原子所处的或无关 粒子 粒子 半数 化学状态 外部条件 铀238核放出一个 粒子后 成为一个新核钍234核 钍234核也具有放射性 它能放出一个 粒子而变成镤234核 衰变后情景如图所示 1 写出铀238的 衰变方程 射线是什么物质 2 写出钍234的 衰变方程 射线是什么物质 3 已知钍234的半衰期是24天 1g钍经过48天后还剩多少 五 核力与结合能1 核力 1 含义 之间的相互作用力 核子 2 特征 在核的线度内 核力比库仑力得多 核力是 当两核子中心相距大于核子本身线度时 核力几乎完全消失 核力与无关 质子与质子 质子与中子 以及中子与中子之间的核力是的 2 结合能 1 结合能 由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量 2 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 大 短程力 电荷 相等 mc2 mc2 3 获得核能的途径 1 核裂变 定义 重核分裂成几个质量原子核的现象 中等 较重 2 核聚变 定义 把轻原子核聚合成原子核的反应 自主检测 1 思考判断 1 人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的 2 核式结构学说是卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出的 3 玻尔理论成功地解释了原子光谱问题 4 人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的 5 如果某放射性元素的原子核有100个 经过一个半衰期后还剩50个 6 质能方程表明在一定条件下 质量可以转化为能量 答案 1 2 3 4 5 6 2 2017 汕头一模 多选 氢原子的能级如图所示 氢原子从n 4能级直接向n 1能级跃迁所放出的光子 恰能使某金属产生光电效应 下列判断正确的是 A 氢原子辐射出光子后 氢原子能量变大B 该金属的逸出功W 12 75eVC 用一群处于n 3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属 该金属仍有光电子逸出D 氢原子处于n 1能级时 其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 BD 解析 氢原子发生跃迁 辐射出光子后 氢原子能量变小 故A错误 氢原子由n 4跃迁到n 1 辐射的光子能量 E 13 6eV 0 85eV 12 75eV 则该金属逸出功W 12 75eV 故B正确 一群处于n 3能级的氢原子向低能级跃迁时 辐射的能量小于从n 4能级直接向n 1能级跃迁所放出的光子能量 则不会发生光电效应 故C错误 根据玻尔原子模型可知 处于n 1能级时 其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 故D正确 AD 核心探究分类探究 各个击破 考点一氢原子能级及原子跃迁 1 能级图中相关因素的说明 2 两类能级跃迁 2 受激跃迁 由低能级跃迁到高能级 吸收能量 光照 吸收光子 光子的能量必须恰等于能级差h E 碰撞 加热等 只要入射粒子能量大于或等于能级差即可 E外 E 大于电离能的光子被吸收 将原子电离 3 谱线条数的确定方法 1 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n 1 利用能级图求解 在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出 然后相加 典例1 2017 广元二模 如图所示为氢原子的能级示意图 一群氢原子处于n 3的激发态 在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子 用这些光照射逸出功为2 49eV的金属钠 说法正确的是 A 这群氢原子能发出三种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 2所发出的光波长最短B 这群氢原子能发出两种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 1所发出的光频率最小C 金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9 60eVD 金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11 11eV C 核心点拨 1 处于高激发态的氢原子向低能级跃迁时 能级差越大辐射的光子的能量越大 波长越短 2 大量的处于高能级的氢原子向低能级跃迁时 辐射光子的种类数满足 解析 一群氢原子处于n 3的激发态 向低能级跃迁时可能放出3种不同频率的光子 从n 3跃迁到n 1辐射的光子频率最大 波长最短 故A B错误 n 3跃迁到n 1辐射的光子能量最大 为12 09eV 则光电子的最大初动能Ek h W 12 09eV 2 49eV 9 60eV 故C正确 D错误 题后反思氢原子跃迁问题的两点注意 1 能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的 2 能级之间发生跃迁时放出 吸收 光子的频率由h En Em求得 若求波长可由公式c 求得 多维训练 1 玻尔原子理论 2018 长沙模拟 多选 以下关于玻尔原子理论的说法正确的是 A 电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B 电子在绕原子核做圆周运动时 稳定地产生电磁辐射C 不同频率的光照射处于基态的氢原子时 只有某些频率的光可以被氢原子吸收D 氢原子光谱有很多不同的亮线 说明氢原子能发出很多不同频率的光 但它的光谱不是连续谱 ACD 2 导学号58826252 氢原子光谱和能级跃迁 2018 龙岩模拟 1995年科学家 制成 了反氢原子 它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成 反质子和质子有相同的质量 带有等量异种电荷 反氢原子和氢原子有相同的能级分布 氢原子能级如图所示 则下列说法中正确的是 A 反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B 基态反氢原子的电离能是13 6eVC 基态反氢原子能吸收11eV的光子发生跃迁D 在反氢原子谱线中 从n 2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长 B 解析 反氢原子和氢原子有相同的能级分布 所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同 故A错误 处于基态的氢原子的电离能是13 6eV 具有大于等于13 6eV能量的光子可以使氢原子电离 故B正确 基态的反氢原子吸收11eV的光子 能量为 13 6eV 11eV 2 6eV 不能发生跃迁 所以该光子不能被吸收 故C错误 在反氢原子中处于激发态的反氢原子 从n 2能级跃迁到基态辐射光子能量较大 波长较小 故D错误 考点二原子核的衰变半衰期 1 放射性元素具有放射性的元素称为放射性元素 原子序数大于或等于83的元素 都能自发地发出射线 原子序数小于83的元素 有的也能放出射线 2 三种射线的比较 3 衰变 衰变的比较 4 对半衰期的理解 2 半衰期的物理意义 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量 同一放射性元素具有的衰变速率一定 不同的放射性元素半衰期不同 有的差别很大 3 半衰期的适用条件 半衰期是一个统计规律 是对大量的原子核衰变规律的总结 对于一个特定的原子核 无法确定何时发生衰变 B 核心点拨 1 原子核衰变前后系统动量守恒 2 半衰期是原子核有半数发生衰变的时间 不是一次衰变的时间 解析 衰变前后动量守恒 衰变前动量为零 故衰变后钍核与 粒子动量大小相等 方向相反 选项B正确 又Ek 钍核与 粒子动量大小相等 但质量不同 故动能不同 选项A错误 半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间 而放出 粒子所经历的时间是一个原子核的衰变时间 选项C错误 核反应过程释放能量 衰变前后质量数不变 但有质量亏损 选项D错误 误区警示半衰期的三点提醒 1 半衰期是一个统计规律 对少数原子核不适用 2 原子元素质量减少一半与原子核有半数发生衰变含义不同 3 半衰期的大小是由原子核内部自身因素决定的 与外部条件无关 多维训练 1 三种射线 2018 太原模拟 研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示 两块平行放置的金属板A B分别与电源的两极a b连接 放射源发出的射线从其上方小孔向外射出 则 A a为电源正极 到达A板的为 射线B a为电源正极 到达A板的为 射线C a为电源负极 到达A板的为 射线D a为电源负极 到达A板的为 射线 B 2 半衰期公式的应用 2017 潍坊一模 14C是碳元素的一种具有放射性的同位素 其半衰期约为5700年 在某次研究中 测得考古样品中14C的含量大约是鲜活生命体中14C含量的 则样品生活的年代约是 A 11400年前B 17100年前C 22800年前D 45600年前 B 考点三核反应类型与核反应方程 1 核反应的四种类型 2 核反应方程的书写 2 核反应过程一般都不是可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 3 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能只依据质量数守恒 电荷数守恒凭空杜撰出生成物来写核反应方程 典例3 2016 全国 卷 35 在下列描述核过程的方程中 属于 衰变的是 属于 衰变的是 属于裂变的是 属于聚变的是 填正确答案标号 核心点拨 1 放射性元素自发放出射线的核反应为衰变 2 中子轰击重核生成轻核属于重核裂变 轻核结合为重核为聚变 答案 CABEF 方法技巧四种核反应的特点 1 衰变 一分为二 生成物有 粒子或 粒子 电子 2 人工转变 用 粒子或中子轰击原子核 3 重核裂变 用中子轰击重核 4 轻核聚变 轻核结合为重核 多维训练 1 原子核衰变 多选 原子核X发生 衰变后变成Y核 Y核吸收一个中子后生成Q核并放出一个 粒子 则下面说法正确的是 A X核比Q核多一个中子B X核比Q核多一个质子C X核的质量数比Q核的质量数大3D X核的电荷数比Q核的电荷数多1 BD 考点四核力与核能 1 对质能方程的理解 1 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 mc2 物体的能量增大 质量也增大 物体的能量减少 质量也减少 2 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 mc2 3 原子核分解成核子时要吸收一定的能量 相应的质量增加 m 吸收的能量为 E mc2 2 核反应中释放核能的计算 1 根据 E mc2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 E m 931 5MeV计算时 m的单位是 u E的单位是 MeV 3 根据核子比结合能计算 即 E等于 反应前核子比结合能 反应后核子比结合能 核子数 核心点拨 1 核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒 答案 1 3大于 核心点拨 2 用质能方程 E mc2求结合能 答案 2 4 3 10 12J 2 取质子的质量mp 1 6726 10 27kg 中子的质量mn 1 6749 10 27kg 粒子的质量m 6 6467 10 27kg 光速c 3 0 108m s 请计算 粒子的结合能 计算结果保留两位有效数字 解析 2 组成 粒子的核子与 粒子的质量差 m 2mp 2mn m 结合能 E mc2代入数据得 E 4 3 10 12J 方法技巧核能求解的思路方法 1 应用质能方程解题的流程图 2 在用粒子轰击原子核或原子核自发地分裂过程中 动量保持守恒 在动量守恒方程中 各质量都可用质量数表示 核反应中我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能 多维训练 A A X原子核中含有54个质子B X原子核中含有53个中子C 裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量D 裂变时释放能量 出现质量亏损 质量数不守恒 演练提升真题体验 强化提升 B 解析 氘核聚变反应中亏损的质量 m 2 0136u 2 3 0150u 1 0087u 0 0035u 释放的核能 E 0 0035 931MeV 3 3MeV 选项B正确 2 核反应类型 2017 天津卷 1 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证 这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献 下列核反应方程中属于聚变反应的是 A 解析 A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程 B项是用 粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程 C项属于原子核的人工转变 D项属于重核的裂变 因此只有A项符合要求 ABE 4 能级跃迁 2016 北京卷 13 处于n 3能级的大量氢原子 向低能级跃迁时 辐射光的频率有 A 1种B 2种C 3种D 4种 C 解析 处于n 3能级的大量氢原子 向低能级跃迁时可由n 3跃迁到n 2 n 1以及从n 2跃迁到n 1 共辐射出3种频率的光子 选项C正确 答案 见解析 2 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流 求圆周运动的周期和环形电流大小 3 设该衰变过程释放的核能都转化为 粒子和新核的动能 新核的质量为M 求衰变过程的质量亏损 m 答案 见解析