新教科版第15章第2講原子結(jié)構(gòu)原子核課件（46張）

第2講原子結(jié)構(gòu)原子核第十五章內(nèi)容索引0102強基礎(chǔ)固本增分研考點精準突破強基礎(chǔ)固本增分一、原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了

電子

,提出了原子的“棗糕模型”。

注意關(guān)鍵詞語“絕大多數(shù)”“少數(shù)”等(2)α粒子散射實驗的結(jié)果:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進,但有少數(shù)α粒子發(fā)生了

大角度偏轉(zhuǎn)

,極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至

大于90°

,也就是說,它們幾乎被“撞了回來”,如圖所示。

α粒子散射圖景(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型:原子中帶正電部分的體積

很小

,但幾乎占有全部

質(zhì)量

,電子在正電體的外面運動。

3.玻爾理論的三條假設(shè)(1)定態(tài)假設(shè):原子的能量只能取一系列特定的值,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。

(2)躍遷假設(shè):當電子從一種定態(tài)軌道躍遷到另一種定態(tài)軌道時,會輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由前后兩個能級的能量差決定,即hν=

En-Em

。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)

(3)軌道假設(shè):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。4.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級氫原子能級圖如圖所示(2)氫原子的能級和軌道半徑①氫原子的能級公式:En=

E1(n=1,2,3,…),其中基態(tài)能量E1最低,其數(shù)值為E1=-13.6eV。②氫原子的半徑公式:rn=n2r1(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。易錯辨析·判一判(1)人們認識原子具有復雜結(jié)構(gòu)是從物理學家盧瑟福研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的。(

×

)(2)原子中絕大部分是空的,原子核很小。(

√

)(3)按照玻爾理論,核外電子均勻分布在各個不連續(xù)的軌道上。(

×

)二、原子核1.天然放射現(xiàn)象放射性元素自發(fā)地放出

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),說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。

2.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)。3.原子核的衰變

質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒(1)衰變:原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子,變成另一種

原子核

的變化。(2)分類半衰期是統(tǒng)計學概念,對少數(shù)原子核不成立(3)半衰期:放射性元素的原子核有

半數(shù)

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,跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關(guān)。

4.放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類,放射性同位素的化學性質(zhì)相同。(2)應用:射線測厚儀,放射治療,培優(yōu)、保鮮,做

示蹤

原子等。

(3)防護:防止放射性對人體組織的破壞。5.核力和核能(1)核力

短程力,只存在于相鄰的核子間原子核內(nèi)部,

核子間

所特有的相互作用力。

(2)核能①核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其對應的能量ΔE=

Δmc2

。②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Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2。6.裂變反應和聚變反應(1)重核裂變①定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。③鏈式反應:重核裂變產(chǎn)生的

中子

使核裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程。

④臨界體積和臨界質(zhì)量:核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的

最小

體積及其相應的質(zhì)量。

⑤裂變的應用:原子彈、核電站。⑥反應堆構(gòu)造:核燃料、減速劑、

鎘棒

、防護層。

(2)輕核聚變①定義:兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在

高溫

下進行,因此又叫熱核反應。

易錯辨析·判一判(4)人們認識原子核具有復雜結(jié)構(gòu)是從查德威克發(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)過一個半衰期后一定還剩50個原子核沒有衰變。(

×

)(6)原子的核子數(shù)越多,結(jié)合能越大,但是比結(jié)合能不一定越大。(

√

)研考點精準突破考點一原子的核式結(jié)構(gòu)(自主探究)分析原子的核式結(jié)構(gòu)模型所用的規(guī)律

對點演練1.(多選)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu),下列敘述正確的是(

)A.原子是一個質(zhì)量分布均勻的球體B.原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C.原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D.原子直徑的數(shù)量級大約是10-10m,原子核直徑的數(shù)量級是10-15m答案

BD解析

原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi),A錯誤,B正確;原子中,原子核帶正電,核外電子帶負電,C錯誤;原子直徑的數(shù)量級是10-10

m,原子核直徑的數(shù)量級是10-15

m,D正確。2.(2022山東泰安模擬)根據(jù)α粒子散射實驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖為α粒子散射圖,圖中實線表示α粒子的運動軌跡,則關(guān)于α粒子散射實驗,下列說法正確的是(

)A.根據(jù)α粒子散射實驗可以估算原子大小B.圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核發(fā)生了直接碰撞C.絕大多數(shù)α粒子沿原方向繼續(xù)前進說明了帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小D.圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電勢能先減小后增大答案

C解析

根據(jù)α粒子散射實驗可以估算原子核的大小,A錯誤;圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核之間的庫侖斥力作用,B錯誤;絕大多數(shù)α粒子沿原方向繼續(xù)前進說明了帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小,C正確;圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子,庫侖斥力先做負功后做正功,故電勢能先增大后減小,D錯誤?？键c二玻爾理論和能級躍遷(師生共研)1.兩類能級躍遷

①光照(吸收光子):光子的能量必須恰好等于能級差hν=En-Em。②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≥En-Em。③大于電離能的光子被吸收,將原子電離。2.電離(1)電離態(tài):n=∞,E=0。(2)電離能:指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量。氫原子:①基態(tài)→電離態(tài):E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV,即為基態(tài)的電離能。②n=2→電離態(tài):E吸=0-E2=3.4eV,即為n=2激發(fā)態(tài)的電離能。如吸收能量足夠大,克服電離能后,電離出的自由電子還具有動能。典例1.(2020北京卷)氫原子能級示意圖如圖所示。現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級上,下列說法正確的是(

)A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子B.從n=3能級躍遷到n=1能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率低C.從n=3能級躍遷到n=4能級需吸收0.66eV的能量D.n=3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量2.氫原子從低能級躍遷到高能級吸收光子的能量等于高能級的能量減去低能級的能量。在第n能級上的氫原子電離需要吸收的能量等于所在能級的能量的絕對值。答案

C解析

大量氫原子處于n=3能級,躍遷過程最多可輻射出

=3種不同頻率的光子,故A錯誤;根據(jù)能級圖可知從n=3能級躍遷到n=1能級輻射的光子能量為hν1=13.6

eV-1.51

eV,從n=3能級躍遷到n=2能級輻射的光子能量為hν2=3.4

eV-1.51

eV,比較可知從n=3能級躍遷到n=1能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率高,故B錯誤;根據(jù)能級圖可知從n=3能級躍遷到n=4能級,需要吸收的能量為E=1.51

eV-0.85

eV=0.66

eV,故C正確;根據(jù)能級圖可知氫原子處于n=3能級的能量為-1.51

eV,故要使其電離至少需要吸收1.51

eV的能量,故D錯誤。規(guī)律方法

確定氫原子輻射光譜線的數(shù)量的方法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)條。例如一個氫原子由第4能級向低能級躍遷,發(fā)出的光譜線條數(shù)最多的是逐級躍遷,為3條。對點演練3.(2022廣東卷)目前科學家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級的能量為En=

,其中E1=-13.6eV。下圖是按能量排列的電磁波譜,要使n=20的氫原子吸收一個光子后,恰好失去一個電子變成氫離子,被吸收的光子是(

)A.紅外線波段的光子

B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子射線波段的光子答案

A解析

要使處于n=20的氫原子吸收一個光子后恰好失去一個電子變成氫離子,則需要吸收光子的能量為E=0-

eV,則被吸收的光子是紅外線波段的光子,選項A正確。4.(2023遼寧沈陽模擬)霓虹燈發(fā)光原理是不同氣體原子從高能級向低能級躍遷時發(fā)出能量各異的光子而呈現(xiàn)五顏六色,如圖為氫原子的能級示意圖,已知可見光光子能量范圍為1.63~3.10eV,若一群氫原子處于n=4能級,則下列說法正確的是(

)A.這群氫原子自發(fā)躍遷時能輻射出6種不同頻率的可見光B.氫原子從n=4能級向n=1能級躍遷過程中發(fā)出的光為可見光C.輻射出的光中從n=2能級躍遷到n=1能級發(fā)出光的頻率最大D.用氫原子從n=4能級向n=2能級躍遷過程中發(fā)出的光照射逸出功為3.2eV的金屬鈣,不能使金屬鈣發(fā)生光電效應答案

D解析

這群氫原子自發(fā)躍遷時能發(fā)出光子頻率的種類為

=6,即能輻射出6種不同頻率的光子,而這6種光子中從n=4能級躍遷到n=3能級、從n=4能級躍遷到n=1能級、從n=3能級躍遷到n=1能級、從n=2能級躍遷到n=1能級時輻射出的能量不在可見光光子能量范圍之內(nèi),A錯誤;氫原子從n=4能級躍遷到n=1能級時輻射出的能量為12.75

eV,不在可見光光子能量范圍之內(nèi),B錯誤;輻射出的光中從n=4能級躍遷到n=1能級發(fā)出光的頻率最大,C錯誤;氫原子從n=4能級躍遷到n=2能級時輻射出的能量為2.55

eV,小于鈣的逸出功3.2

eV,所以不能使鈣發(fā)生光電效應,D正確?？键c三原子核的衰變半衰期(自主探究)1.三種射線的成分和性質(zhì)

2.α衰變、β衰變的比較

3.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律,對個別或少量原子核,無半衰期可言。N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時間,τ表示半衰期。4.衰變次數(shù)的計算方法

則A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上兩式即可求出m和n。對點演練5.(2022山東卷)碘125衰變時產(chǎn)生γ射線,醫(yī)學上利用此特性可治療某些疾病。碘125的半衰期為60天,若將一定質(zhì)量的碘125植入患者病灶組織,經(jīng)過180天剩余碘125的質(zhì)量為剛植入時的(

)答案

B

6.(2022全國甲卷)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0,在t=0時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為n,在t=2t0時刻,尚未衰變的原子核總數(shù)為

,則在t=4t0時刻,尚未衰變的原子核總數(shù)為(

)答案

C

解析

本題考查對半衰期的理解和計算。設(shè)半衰期為t0的原子核總數(shù)為n1,半衰期為2t0的原子核總數(shù)為n2,n=n1+n2,經(jīng)過2t0,尚未衰變的原子核總數(shù)為考點四核反應方程與核能的計算(師生共研)1.核反應的四種類型

2.核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算,計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV/u計算。因1原子質(zhì)量單位(1u)相當于931.5MeV的能量,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)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)。(1)寫出該核反應的反應方程式。(2)該核反應釋放的核能是多少?(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)若兩個氘核以相同的動能Ek=0.35MeV正碰而發(fā)生核聚變,同時釋放出一對向相反方向運動的光子,每個光子的能量為0.5MeV,試求生成的氦核的動能。(2)3.26MeV(3)0.74MeV(2)該核反應的質(zhì)量虧損為Δm=(2×2.013

6-1.008

7-3.015

0)

u=0.003

5

u該核反應釋放的核能為ΔE=0.003

5×931.5

MeV=3.26

MeV。(3)兩個氘