2019年高考物理總復習 第十二章 原子與原子核 第2課時 原子結構與原子核課件 教科版.ppt

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第2課時原子結構與原子核 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 原子的核式結構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 但有些 粒子發(fā)生了較大的偏轉 大約1 8000的 粒子偏轉角度超過了90 個別的甚至接近180 就像被彈回來了一樣 3 原子的核式結構模型 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 氫原子的能級結構 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) 說明具有復雜的結構 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 質子數(shù) 自發(fā) 原子核 示蹤原子 屏蔽 質子 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 2 寫出釷234的 衰變方程 射線是什么物質 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 質子與質子 質子與中子 以及中子與中子之間的核力是的 2 結合能 1 結合能 由分散的核子結合成原子核的過程中所釋放出的能量 2 質能方程 一定的能量和一定的質量相聯(lián)系 物體的總能量和它的質量成正比 即E 核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損 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構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 核式結構學說是盧瑟福在 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構是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子開始的 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 質能方程表明在一定條件下 質量可以轉化為能量 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 它是由一個反質子和一個圍繞它運動的正電子組成 反質子和質子有相同的質量 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 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 衰變前后質量數(shù)不變 但有質量虧損 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核多一個質子C X核的質量數(shù)比Q核的質量數(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 對質能方程的理解 1 一定的能量和一定的質量相聯(lián)系 物體的總能量和它的質量成正比 即E mc2 物體的能量增大 質量也增大 物體的能量減少 質量也減少 2 核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損 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)核子比結合能計算 即 E等于 反應前核子比結合能 反應后核子比結合能 核子數(shù) 核心點撥 1 核反應中遵守質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 答案 1 3大于 核心點撥 2 用質能方程 E mc2求結合能 答案 2 4 3 10 12J 2 取質子的質量mp 1 6726 10 27kg 中子的質量mn 1 6749 10 27kg 粒子的質量m 6 6467 10 27kg 光速c 3 0 108m s 請計算 粒子的結合能 計算結果保留兩位有效數(shù)字 解析 2 組成 粒子的核子與 粒子的質量差 m 2mp 2mn m 結合能 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 各質量都可用質量數(shù)表示 核反應中我們可以結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量變成了能量D 裂變時釋放能量 出現(xiàn)質量虧損 質量數(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威機構認證 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)質子的核反應方程 C項屬于原子核的人工轉變 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化為 粒子和新核的動能 新核的質量為M 求衰變過程的質量虧損 m 答案 見解析