高考物理總復習第2節(jié)原子結構與原子核課件

第2節(jié)原子結構與原子核根底過關考點研析素養(yǎng)提升根底知識一、原子結構1.電子的發(fā)現(xiàn):英國物理學家

發(fā)現(xiàn)了電子.湯姆孫根底過關緊扣教材·自主落實2.原子的核式結構(1)α粒子散射實驗:1909年～1911年,英國物理學家和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗,實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后根本上仍沿

方向前進,但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉,偏轉的角度甚至大于90°,也就是說它們幾乎被“撞了回來〞.(如圖1所示)盧瑟福原來(2)如圖2,原子的核式結構模型:在原子中心有一個很小的核,原子全部的

和幾乎全部

都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉.正電荷二、氫原子光譜1.光譜:用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開,獲得光的

(頻率)和強度分布的記錄,即光譜.波長質(zhì)量2.光譜分類連續(xù)吸收特征4.光譜分析:利用每種原子都有自己的

可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,且靈敏度很高.在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義.特征譜線三、氫原子的能級結構、能級公式1.玻爾理論(1)軌道量子化電子運行軌道的半徑

任意的,即電子的軌道是

的,電子在這些軌道上繞核的轉動是穩(wěn)定的,不產(chǎn)生電磁輻射.當電子在不同的軌道上運動時,原子處于不同的狀態(tài).原子在不同的狀態(tài)中具有

的能量,因此,原子的能量是量子化的.(2)定態(tài):原子只能處于一系列

的能量狀態(tài)中,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.能量最低的狀態(tài)叫做

,其他狀態(tài)叫做

.(3)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時,它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定,即hν=

.(h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)不是量子化不同不連續(xù)基態(tài)激發(fā)態(tài)Em-En2.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如下圖(2)氫原子的能級氫原子的能級公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV.四、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素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)象元素

地發(fā)出射線的現(xiàn)象,首先由

發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核具有

的結構.放射出的射線是

射線,

射線或

射線.3.放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素:有

放射性同位素和

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:消除靜電、工業(yè)探傷、做

等.(3)防護:防止放射性對人體組織的傷害.質(zhì)子質(zhì)子數(shù)自發(fā)貝可勒爾復雜αβγ天然人工示蹤原子4.原子核的衰變(1)衰變:原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種

的變化稱為

的衰變.原子核原子核(3)半衰期:放射性元素的原子核有

發(fā)生衰變所需的時間.半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的

和

無關.半數(shù)化學狀態(tài)外部條件自主探究鈾238核放出一個α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β粒子而變成鏷234核,衰變后情景如下圖.自主探究(1)寫出鈾238的α衰變方程,α粒子是什么物質(zhì)(2)寫出釷234的β衰變方程,β粒子是什么物質(zhì)(3)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.核力原子核內(nèi)部,

所特有的相互作用力.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)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其對應的能量ΔE=.六、裂變反響和聚變反響、裂變反響堆核反響方程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.核子間Δmc2(3)鏈式反響:重核裂變產(chǎn)生的使裂變反響一代接一代繼續(xù)下去的過程.(4)臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生的最小體積及其相應的質(zhì)量.(5)裂變的應用:、核反響堆.(6)反響堆構造:核燃料、減速劑、、防護層.2.輕核聚變(1)定義:兩個輕核結合成的核的反響過程.輕核聚變反響必須在高溫下進行,因此又叫.中子鏈式反響原子彈鎘棒質(zhì)量較大熱核反響(1)原子光譜是不連續(xù)的,是由假設干頻率的光組成的.()過關巧練√1.思考判斷(2)玻爾理論成功地解釋了原子光譜問題.()(3)氫原子吸收光子后,將從高能級向低能級躍遷.()(4)原子的能量量子化現(xiàn)象是指原子在不同狀態(tài)中具有不同的能量.()(5)質(zhì)能方程說明在一定條件下,質(zhì)量可以轉化為能量.()××√×2.(多項選擇)從α粒子散射實驗結果推出的結論,其中正確的選項是()A.金原子內(nèi)部大局部都是空的B.金原子是一個球體C.湯姆孫的原子模型不符合原子結構的實際情況D.原子核的半徑的數(shù)量級是10-15mACD解析:α粒子散射實驗結果說明,絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉,并有極少數(shù)α粒子的偏轉角度超過90°,有的甚至幾乎被反彈回來,那么從α粒子散射實驗結果推出的結論有金原子內(nèi)部大局部都是空的,湯姆孫的原子模型不符合原子結構的實際情況,原子核的半徑的數(shù)量級是10-15m,不能說明金原子是球體,選項A,C,D正確.3.[人教版選修3-5·P63·T3改編](多項選擇)大量氫原子處在n=3的能級,以下說法正確的選項是()A.會輻射出4種頻率的光B.會輻射出3種頻率的光C.輻射出的光中波長最短的光是在n=3和n=2兩個能級之間躍遷時發(fā)出的D.輻射出的光中波長最短的光是在n=3和n=1兩個能級間躍遷時發(fā)出的BD4.真空中的光速c=3.0×108m/s,以下說法正確的選項是()C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考點研析核心探究·重難突破因素意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“-13.6,-3.4…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差,量子數(shù)越大相鄰的能量差越小,距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷,原子躍遷的條件為hν=Em-En2.兩類能級躍遷(2)受激躍遷:由低能級躍遷到高能級,吸收能量.①光照(吸收光子):光子的能量必須恰等于能級差hν=ΔE.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≥ΔE.③大于電離能的光子被吸收,將原子電離.3.電離電離態(tài):n=∞,E=0;基態(tài)→電離態(tài):E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV(電離能).n=2→電離態(tài):E吸=0-E2=3.4eV;如吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還攜帶動能.【典例1】(2021·北京東城區(qū)一模)如圖是氫原子的能級圖.一個氫原子從n=4的能級向低能級躍遷,那么以下判斷正確的選項是()A.該氫原子最多可輻射出6種不同頻率的光子B.該氫原子躍遷到基態(tài)時需要吸收12.75eV的能量C.該氫原子只有吸收0.85eV的光子時才能電離D.該氫原子向低能級躍遷時,向外輻射的光子的能量是特定值D解析:此題研究的是單個氫原子,單個處于n能級的氫原子向低能級躍遷時最多可輻射出n-1條不同頻率的光子,故該氫原子向低能級躍遷時最多可輻射出3種不同頻率的光子,選項A錯誤;該氫原子躍遷到基態(tài)時需要釋放-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV的能量,選項B錯誤;只要吸收的光子的能量大于0.85eV,該氫原子就能電離,選項C錯誤;氫原子向低能級躍遷時,向外輻射的光子的能量等于兩能級的能量差,此能量差為特定值,選項D正確.方法技巧解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應注意(1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν=Em-En求得.假設求波長可由公式c=λν求得.(2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1).(3)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法.①用數(shù)學中的組合知識求解:N==.②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.1.[氫原子躍遷](多項選擇)如下圖為氫原子的能級圖,用光子能量為13.06eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子,以下說法正確的選項是()A.氫原子可以輻射出連續(xù)的各種波長的光B.氫原子可輻射出10種不同波長的光C.氫原子從n=4的能級向n=3的能級躍遷時輻射光的波長最短D.輻射光中,光子能量為0.31eV的光波長最長BD題組訓練C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.2.三種射線的比較種類α射線β射線γ射線來源原子核內(nèi)組成氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e-e0衰變、β衰變的比較(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,有的差異很大.(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.【典例2】(2021·湖南長沙模擬)一個靜止的鈾核,放在勻強磁場中,它發(fā)生一次α衰變后變?yōu)殁Q核,α粒子和釷核都在勻強磁場中做勻速圓周運動.某同學作出如下圖運動徑跡示意圖,以下判斷正確的選項是()A.1是α粒子的徑跡,2是釷核的徑跡B.1是釷核的徑跡,2是α粒子的徑跡C.3是α粒子的徑跡,4是釷核的徑跡D.3是釷核的徑跡,4是α粒子的徑跡B【針對訓練1】(2021·山西太原模擬)研究放射性元素射線性質(zhì)的實驗裝置如下圖.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.那么()為電源正極,到達A板的為α射線為電源正極,到達A板的為β射線為電源負極,到達A板的為α射線為電源負極,到達A板的為β射線BBC考點三核反響類型與核反響方程1.核反響方程的四種類型(2)核反響過程一般都不是可逆的,所以核反響方程只能用單向箭頭表示反響方向,不能用等號連接.(3)核反響的生成物一定要以實驗為根底,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響方程.【典例3】(2021·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工程的重大奉獻.以下核反響方程中屬于聚變反響的是()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響方程,B項是用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反響方程,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.DA.①②都是重核鈾的同位素的核反響,故都是重核的裂變反響B(tài).①③反響前都有一個中子,故都是原子核的人工轉變C.②③④生成物中都有氦核,故都是α衰變反響D.③比④放出的能量少,說明③比④質(zhì)量虧損得少解析:①是重核的裂變反響,②是α衰變反響,選項A錯誤;③是原子核的人工轉變,④是輕核的聚變反響,選項B,C錯誤;③比④放出的能量少,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,③比④質(zhì)量虧損得少,應選項D正確.D考點四核力與核能核反響中釋放核能的計算(1)根據(jù)ΔE=Δmc2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計算時,Δm的單位是“u〞,ΔE的單位是“MeV〞.(3)根據(jù)核子比結合能計算,即ΔE等于(反響前核子比結合能-反響后核子比結合能)×核子數(shù).【典例4】(2021·江蘇卷,12C)(多項選擇)原子核的比結合能曲線如下圖,根據(jù)該曲線,以下判斷正確的有()BC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書寫核反響方程→計算質(zhì)量虧損Δm→利用ΔE=Δmc2計算釋放的核能(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.①在動量守恒方程中,各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示.②核反響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.1.[結合能的理解](2021·河北兩校模擬)以下說法正確的選項是()A.用能量等于氘核結合能的光子照射靜止的氘核,可使氘核分解為一個質(zhì)子和一個中子B.質(zhì)子和中子結合成原子核時不一定有質(zhì)量虧損,但一定釋放出能量C.