高考物理一轮总复习第十二章第二讲 原子结构 原子核课件.pdf

基础复习课第二讲 原子结构 原子核栏目 导航抓基础双基夯实研考向考点探究随堂练知能提升抓基础双基夯实回顾教材主干夯实学科根基质量汤姆孙卢瑟福原来正电荷2.光谱光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录,即 光谱.（2）光谱分类有些光谱是一条条的亮线,这样的光谱叫作线状谱.有的光谱是连在一起的）组，这样的光谱叫作连续谱.氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式;二A序别，(二 A3,4,5,.),R是里德伯常量,R=l.lOx 107m 1,n为量子数.3.玻尔理论定态：原子只能处于一系列 不连续 的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hV=Em-En,(h是普朗克常量,h=6.63x 10 34 J s)(3)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 定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是了连尊的.4.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示口 8543-1.51-3.40-13.602氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：&二、15=1,2,3),其中Ei为基态能量，其数值为Ei=-13.6 eV.氢原子的半径公式：=2勺伽二1,2,3),其中勺为基态半径,又称玻尔半径,其数值为 H=0.5 3X 10 10m.自发原子核放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性,具有放射性的元素叫放射性元素.三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种.分别题射线、B射线、v射线.(4)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工 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、作示踪原子等.防护：防止放射性对人体组织的伤害.3.原子核的衰变衰变：原子核放出a粒子或p粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的 衰变.(2)分类a 衰变He.P衰变：4X-zY+枭.半衰期：放射性元素的原子核有生赞发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内 部的因素决定，跟原子所处的物理陆洋、化先爆无关.三 核力 结合能 质量亏损1.核力定义原子核内部，核子间所特有的相互作用力.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1.5 x 10 15 m之内.每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.2,结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时至少要吸收的能量,叫 作原子核的结合能，亦称核能.3.比结合能定义原子核的结合能与核子数之比,称作比结合能，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.4.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程石=仁 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小加，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能AE=相。2.四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆、核反应方程1.重核裂变定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原 子核的过程.典型的裂变反应方程：2和+Jn-gKr+嘿Ba+3n.链式反应：由重核裂变产生的史至使裂变反应不断进行下去的过程.(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质 量.裂变的应用：原子弹、核反应堆.反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层.2.轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下 进行,因此又叫热核反应.典型的聚变反应方程：汨+汨-2He+Jn+17.6 MeV小题快练1.判断题(l)a粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核 上.(4)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为En=的.(x)(3)氨的半衰期为3.8天 若取4个氨原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了.(x)(4)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，同时遵循电荷数守恒.(V)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化.(x)2.（2015天津卷）物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基 础上.下列说法正确的是（A）A.天然放射现象说明原子核内部是有复杂结构的B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C.a粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的3.（多选）（2015广东卷）科学家使用核反应获取东,再利用气和旅的核反应获得能 量，核反应方程分别为：X+Y-2He+汨+4.9 MeV 和汨+汨-如e+X+17.6 MeV下列表述正确的有（AD）A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D,气和旅的核反应是核聚变反应-e4-君3-e24.如图所示为氢原子的四个能级，其中均为基态，若氢原子4处于激发态2,氢原子5处于激发态石3,则下列说法正确的是（B）A.原子A可能辐射出3种频率的光子B.原子万可能辐射出3种频率的光子C.原子A能够吸收原子3发出的光子并跃迁到能级石4D,原子5能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级4Ei研考向考点探究聚焦必考热点突破重点难点考点一 氢原子能级的跃迁（自主学习）1.定态间的跃迁满足能级差从低能级（小）巡生高能级（大）-吸收能量.hv En 大-En 小 从高能级（大）巡法低能级（小）-放出能量.hY=En 大-&小2.电离电离态与电离能电离态：=8,E=0基态-电离态：吸=0（13.6 eV）=13.6 eV电离能.n 2f 电离:吸=0-E2=3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能.题组突破1-1.氢原子跃迁问题（2019河北武邑中学考试）如图所示为氢原子的能级示意 图，大量氢原子处于=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2.29 eV的金属钠，下列说法中正确的是（）A.这些氢原子能发出两种不同频率的光子B.从八二3跃迁到八二2所发出光子的波长最短C.金属钠发出的光电子的最大初动能为9.80 eVD.从=3跃迁到=1所发出的光子频率最低n E/eVn=4-0.85n=3-1.51n=2-3.40n=l-13.6解析：大量氢原子处于=3的激发态向较低能级跃迁的过程中向外发出光子数为 点二3种，选项A错误；从=3跃迁到=2能级差最小，所发出光子的频率最 小，波长最长，选项B错误；从二3跃迁到八二1能级差最大，所发出的光子频 率最高，选项D错误；从八二3跃迁到八二1所发出的光子的能量最大，其值为(-1.5 1)-(-13.6)=12.0 9 eV,则金属钠发出的光电子的最大初动能为12.0 9 eV-2.29 eV=9.80 eV,选项C正确.答案：C1-2.跃迁规律的分析根据玻尔原子结构理论，氢离子(He.)的能级图如图所 示.电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氢核的距离(填“近”或“远”).当大量He，处在=4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有一条.n He+E(eV)8 06-1.515-2.184-3.403-6.042-13.61-54.4解析：量子数越大，轨道半径越大，电子处在=3轨道上比处在=5轨道上离 氨核的距离要近；处在=4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有C；=6条.答案：近6反思总结解答氢原子能级与原子跃迁问题的注意事项1.能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由&求得.若求波长可由 公式。=而求得.2.一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（八-1）.3.一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.(1)用数学中的组合知识求解：N=C=*.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.考点二 原子核的衰变（自主学习）1.衰变规律及实质（l）a衰变和B衰变的比较衰变类型0（衰变B衰变衰变方程烈f二丫+妞Az+1Y+.?e衰变实质2个质子和2个中子结合 成一个整体射出中子转化为质子和电子2；H+2jn 加e仙iH+.?e匀强磁场 中轨迹形 状衰变规律；电荷数守恒、质量数守恒(2)丫射线：丫射线经常是伴随着a衰变或。衰变同时产生的.(3)衰变次数的确定方法方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素。X经过次a 衰变和机次B衰变后，变成稳定的新元素2Y，则表示该核反应的方程为。X一2Y+eH4 2+侈.根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A=4+4，Z=Z+24-4Z 4-4-机由以上两式联立解得 一,m=-+Z-Z,由此可见确定衰变 一 乙次数可归结为求解一个二元一次方程组.方法二：因为B衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定。衰变的次数,然后根据衰变规律确定B衰变的次数.2.三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离能力贝牙本领a射线氯核iHe+2e4 u最强最弱B射线电子ie-e1837 u较强较强Y射线光子Y00最弱最强3半衰期的理解半衰期的公式:N余二N原、，山余二山原彳式中N原、山原表示衰变前的放射性元 素的原子数和质量，N余、帆余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和 质量，t表示衰变时间,T表示半衰期.题组突破2-1.衰变次数的计算2噂u衰变为像Rn要经过相次a衰变和八次。衰变 则根、分别为（）A.2、4 B.4、2C.4、6 D.16、6答案：B2-2.半衰期的计算（2018江苏卷）已知A和5两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则相同质量的A和5经过2T后，剩有的A和5质量之比为（）A.1:4B.1:2C.2:1D.4:1解析：根据半衰期公式帆二机0 2：,经过2T,A剩有的质量为mA-m1年。匕，B剩有的质量为mB-mfl#0星，故见4:%=1:2,选项B正确.答案：B考点三 核反应方程及类型（自主学习）1.核反应的四种类型类型：1可控性.t核反应方程典例衰a衰变自发：喘 Th+；He变率衰变:自发品 Th一篇 Pa+.；e人工 转变i重核 裂变1人工 控制比较容易 进行人工 控制】；N+：He；（）+；H（卢瑟福发现质子）2 He+4 Be 6C+On（查德威克发现中子）北 Al+；He-30 r）il15 P十（）n约里奥居里 夫妇发现放射 性同位素，同时 发现正电子*15 r30 o-0bi Si+1e；.U-t 1n 11r 11 n轻核聚变 L-1,.,H+H w.He+,n2.核反应方程式的书写熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子（出）、中子&i）、a粒子（如e）、（粒子（投）、正电子供）、笊核（汨）、第核（汨）等.掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是 否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“一”表示 反应方向.（3）核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.题组突破3-l.a衰变反应（2015北京卷）下列核反应方程中A.号N+如e-MO+；HB 矮U-2鼾h+4HeC.?H+:H-犯e+JnD.2Th-2j；pa+.；e答案：B，属于a衰变的是（3-2.核反应类型的判断（多选）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问 题的途径之一.下列释放核能的反应方程，表述正确的有（）A.汨+汨-如e+；n是核聚变反应B.汨+汨-He+标是0衰变C.2U+嘿Ba+gKr+3M是核裂变反应d.2u+答案：ACr s4 89 34 50 4e+考点四质量亏损及核能的计算(自主学习)1.对质能方程的理解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,fiP E=mc 方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，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加，其能量也要相应减少，即甑二属。?.(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Am，吸收的能量为LE-Nmc1.2.核能的计算方法根据AE=Arne?计算时 j 的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，的单位是“广.根据AE=Amx 931.5 MeV计算时，Lm的单位是“u”，AE的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能二核子比结合能X核子数.4-1.质量亏损问题（多选）（2019青岛初调）“超导托卡马克”（俗称“人造太 阳”）是我国自行研制的可控热核反应实验装置.设该实验反应前笊核（汨）的质量 为加1,氟核。H）的质量为m2,反应后氯核&He）的质量为m3,中子&i）的质量为 加4,光速为c.下列说法中正确的是（）A.这种装置中发生的核反应方程式是汨+iHe+；nB.该核反应类型为核裂变反应C.由核反应过程质量守恒可知+机2=帆3+机4D.核反应放出的能量等于Oi+m2 m3-mc1解析：可控热核反应装置中发生的核反应方程式是：汨+汨一如e+M,故A正 确；这种装置的核反应是核聚变，B错误；核反应过程中质量数守恒，但质量不 守恒，核反应过程中存在质量亏损，故C错误；核反应过程中的质量亏损Am二 m1+m2-m3-m4,释放的核能AE=丽。2=（如+外-g-帆jc）故D正确.答案：AD4-2.核能的计算一个静止的铀核（原子质量为232.0 37 2 U）放出一个。粒子（原子质量为4.0 0 2 6 U）后衰变成社核嗡Th（原子质量为228.0 28 7 u）.（已知：原子 质量单位 lu=L67x 107 kg,lu 相当于 931 MeV）（1）写出核衰变反应方程；算出该核衰变反应中释放出的核能；（3）假设反应中释放出的核能全部转化为社核和。粒子的动能，则社核获得的动能 有多大？解析：292 U-2/Th+如e质量亏损：=0.0 0 5 9 uE=Arne2=0.0 0 5 9x 931 MeV=5.5 0 MeV(3)系统动量守恒，社核和。粒子的动量大小相等，即PTh+(-Pa)=0PTh=PaPrh2帆ThkTh+后以=AE所以社核获得的动能EkTh=-x AA?=-xkTh+mTh 4+228E=0.0 9 MeV答案：(1)2,u-2S Th+：He(2)5.5 0 MeV(3)0.0 9 MeV随堂练-知能提升课堂及时巩固典题实战演练1.（多选）以下说法符合物理学史的是（AC）A.普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符 合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元B.康普顿效应表明光子具有能量C.德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性D.汤姆孙通过a粒子散射实验，提出了原子具有核式结构2.（2018广东茂名一模）铝核&U被a粒子击中后产生的反应生成物是磷P,同时 放出一种粒子，关于这种粒子的下列说法中正确的是（B）A.这种粒子在电场中可以被加速或发生偏转B.这种粒子在磁场中一定不受磁场力作用C.这种粒子在真空中的速度等于3x 108m/sD.在碳14核内有6个这种粒子解析：根据质量数和电荷数守恒可知放出的粒子质量数为I,电荷数为0,故该粒 子为中子，中子不带电不会在电场中加速或偏转，也不会受到磁场力作用，故A 错误，B正确；该粒子的速度小于光速，故C错误；碳14核的电荷数为6,中子 数为14-6=8个，故D错误.3.(2019江苏高级中学检测)静止在匀强磁场中Li俘获一个速度vo=7.7x 104 m/s 的中子而发生核反应,生成一个；He和一个未知粒子法,若已知知e的速度匕二 2.0 x 10 4mzs,其方向与反应前中子的方向相同，试求：写出核反应方程式并求X粒子元素符号和x,j;(2)求出未知粒子。X的速度大小和方向.解析：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒可得核反应方程为：氧i+M-汨+加新 故未知粒子为汨.设中子、未知粒子和犯e质量分别为加、3加和4加，未知粒子的速度为叱，把 核反应等效为对心正碰，由动量守恒定律有：mv-mvx+3mvz,解出：v2=1 000 m/s,方向与0相反。答案：Li+n-汨+；He,未知粒子为汨 2二10 0 0 m/s,方向与人相反4.约里奥居里夫妇因发现人工放射性而获得了 1935年的诺贝尔化学奖.他们发现的放射性元素;?p衰变成;、i的同时放出另一种粒子，这种粒子是.微p是:2P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg器P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的涉 经 天的衰变后还剩0.25 mg.10 20 30 40 50