高考物理一轮复习 第十三章 原子物理 13.1 原子结构 原子核课件.ppt

第十三章原子物理 必考部分原子物理学 13章 13 1原子结构原子核 高考研读 原子物理知识体系 第1节原子结构原子核 栏目导航 1 2 3 4 抓知识点 抓重难点 课时跟踪检测 抓易错点 一 原子物理1 原子的核式结构 1 电子的发现 英国物理学家发现了电子 2 粒子散射实验 1909 1911年 英国物理学家和他的助手进行了用 粒子轰击金箔的实验 实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿方向前进 但有少数 粒子发生了大角度偏转 偏转的角度甚至大于90 也就是说它们几乎被 撞 了回来 3 原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核 原子全部的和几乎全部都集中在核里 带负电的电子在核外空间绕核旋转 汤姆孙 卢瑟福 原来 正电荷 质量 2 光谱 1 光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开 获得光的 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 这样的光谱叫做线状谱 有的光谱是连在一起的 这样的光谱叫做连续谱 波长 亮线 光带 3 玻尔理论 1 定态 原子只能处于一系列的能量状态中 在这些能量状态中原子是的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 2 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h h是普朗克常量 h 6 63 10 34j 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 原子的定态是的 因此电子的可能轨道也是 不连续 稳定 em en 不连续 不连续的 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 加深理解1 卢瑟福的 核式结构 实验基础为 粒子散射实验 该实验中的两个关键词 绝大多数 少数 的含义要理解 这个实验可以估算出原子核的尺度 2 玻尔的 轨道模型 的两个著名假设的含义 a 定态假设 电子只能在一些分立的轨道上运动 而且不会辐射电磁波 b 频率条件假设 能级差与原子吸收 或放出 的光子能量相同 如下图所示是某原子的能级图 a b c为原子跃迁所发出的三种波长的光 在下列该原子光谱的各选项中 谱线从左向右的波长依次增大 则正确的是 即时突破 二 原子核及天然放射现象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 天然放射现象元素地放出射线的现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明具有复杂的结构 2 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 具有放射性的元素叫元素 质子 质子数 自发 原子核 放射性 放射性 3 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 4 放射性同位素的应用与防护 放射性同位素 有放射性同位素和放射性同位素两类 放射性同位素的化学性质相同 应用 消除静电 工业探伤 作等 防护 防止放射性对人体组织的伤害 射线 射线 射线 天然 人工 示踪原子 原子核 原子核 半数 物理 化学状态 加深理解原子核 中央站 电子分层围它转 向外跃迁为激发 辐射光子向内迁 光子能量h 能级差值来计算 原子核 能改变 两衰变 粒子是氦核 电子流是 射线 光子不单有 伴随衰变而出现 判断正误 1 原子中绝大部分是空的 原子核很小 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 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 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 即时突破 三 核力 结合能 质量亏损1 核力 1 定义 原子核内部 核子间所特有的相互作用力 2 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 10 15m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的能量或原子核分解为核子时的能量 叫做原子核的结合能 亦称核能 释放 吸收 3 比结合能 1 定义 原子核的结合能与之比 称做比结合能 也叫平均结合能 2 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 4 质能方程 质量亏损爱因斯坦质能方程e 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 e 核子数 稳定 mc2 mc2 加深理解对质能方程的理解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 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 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 多选 关于原子核的结合能 下列说法正确的是 a 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量b 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能c 铯原子核 cs 的结合能小于铅原子核 pb 的结合能d 比结合能越大 原子核越不稳定e 自由核子组成原子核时 其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能 即时突破 解析 由原子核的结合能定义可知 原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能 选项a正确 重原子核的核子平均质量大于轻原子核的平均质量 因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能 选项b正确 铯原子核的核子数少 因此其结合能小 选项c正确 比结合能越大的原子核越稳定 选项d错误 自由核子组成原子核时 其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能 选项e错误 答案 abc 中子 4 临界体积和临界质量 裂变物质能够发生的最小体积及其相应的质量 5 裂变的作用 核反应堆 6 反应堆构造 核燃料 减速剂 防护层 2 轻核聚变 1 定义 两轻核结合成的核的反应过程 轻核聚变反应必须在高温下进行 因此又叫 2 典型的聚变反应方程 链式反应 原子弹 镉棒 质量较大 热核反应 加深理解铀核分开是裂变 中子撞击是条件 裂变可造原子弹 还可用它来发电 氢核聚合是聚变 温度极高是条件 聚变可以造氢弹 还是太阳能量源 和平利用前景好 可惜至今未实现 解析 根据在核反应方程中电荷数守恒 质量数守恒进行判断x是否是 粒子 答案 bd 即时突破 2 电离电离态与电离能电离态 n e 0基态 电离态 e吸 0 13 6ev 13 6ev电离能 n 2 电离态 e吸 0 e2 3 4ev如吸收能量足够大 克服电离能后 获得自由的电子还携带动能 2015年海南卷 氢原子基态的能量为e1 13 6ev 大量氢原子处于某一激发态 由这些氢原子可能发出的所有的光子中 频率最大的光子能量为 0 96e1 频率最小的光子的能量为 ev 保留两位有效数字 这些光子可具有 种不同的频率 例1 提分秘笈 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为 1 从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为 2 已知普朗克常量为h 若氢原子从能级k跃迁到能级m 则 a 吸收光子的能量为h 1 h 2b 辐射光子的能量为h 1 h 2c 吸收光子的能量为h 2 h 1d 辐射光子的能量为h 2 h 1解析 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光 说明能级m高于能级n 而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光 说明能级k也比能级n高 而紫光的频率 2大于红光的频率 1 所以h 2 h 1 因此能级k比能级m高 所以若氢原子从能级k跃迁到能级m 应辐射光子 且光子能量应为h 2 h 1 故选项d正确 答案 d 跟踪训练1 1 衰变规律及实质 1 衰变和 衰变的比较 2 三种射线的成分和性质 多选 关于天然放射性 下列说法正确的是 a 所有元素都可能发生衰变b 放射性元素的半衰期与外界的温度无关c 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性d 和 三种射线中 射线的穿透能力最强e 一个原子核在一次衰变中可同时放出 和 三种射线 解析 只有原子序号超过83的元素才能发生衰变 选项a错误 半衰期由原子核内部的结构决定 与外界温度无关 选项b正确 放射性来自于原子核内部 与其形成的化合物无关 选项c正确 三种射线中 射线能量最高 穿透能力最强 选项d正确 一个原子核在一次衰变中要么是 衰变 要么是 衰变 同时伴随 射线的产生 选项e错误 答案 bcd 例2 例3 提分秘笈 解析 衰变是重核自发的放出 粒子的天然放射现象 其中 粒子是he 所以b正确 a为人工转变 c为轻核的聚变 d是 衰变 故a c d皆错误 答案 b 跟踪训练2 核反应的四种类型 例4 解析 1 e是查德威克发现中子的核反应方程 a是氢弹的核反应方程 b是原子弹的核反应方程 2 由电荷数守恒和质量数守恒可以判定x的质量数为140 电荷数为54 所以中子数为140 54 86 3 衰变是原子核自发地放出 粒子或 粒子的反应 c是 衰变 d是 衰变 e是人工控制的原子核的变化 属人工转变 裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应 b是裂变 聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应 a是聚变 答案 1 eb a 2 质量数为140 中子数为86 3 见解析 跟踪训练3 1 核能 1 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 2 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 核能释放的两种途径的理解 1 使较重的核分裂成中等大小的核 2 较小的核结合成中等大小的核 核子的比结合能都会增加 都可以释放能量 氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量 该反应方程为h h he x 式中x是某种粒子 已知h h he和粒子x的质量分别为2 0141u 3 0161u 4 0026u和1 0087u 1u 931 5mev c2 c是真空中的光速 由上述反应方程和数据可知 粒子x是 该反应释放出的能量为 mev 结果保留三位有效数字 解析 根据质量数和电荷数守恒有x的电荷数为0 质量数为 2 3 4 1 可知x为中子 根据质能方程有 e 931 5mev u m 931 5 2 0141 3 0161 4 0026 1 0087 mev 17 6mev 例5 应用质能方程解题的流程图书写核反应方程 计算质量亏损 m 利用 e mc2计算释放的核能1 根据 e mc2计算 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 因1原子质量单位 u 相当于931 5mev的能量 所以计算时 m的单位是 u e的单位是 mev 提分秘笈 质子 中子和氘核的质量分别为m1 m2和m3 当一个质子和一个中子结合成氘核时 释放的能量是 c表示真空中的光速 a m1 m2 m3 cb m1 m2 m3 cc m1 m2 m3 c2d m1 m2 m3 c2解析 由质能方程e mc2 其中 m m1 m2 m3 代入上式得e m1 m2 m3 c2 答案 c 跟踪训练4 多选 氢原子能级如图 当氢原子从n 3跃迁到n