【走向高考】2017年高考物理人教版一轮复习(课件)第13章第3讲

走向高考·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·高考总复习动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第十三章第3讲原子结构原子核能第十三章考纲解读1基础自主梳理2跟踪自测巩固3重点题型突破4课时作业6高考模拟5考纲解读1．知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱。2．掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题。3．掌握原子核的衰变、半衰期等知识。4．会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能方程。基础自主梳理1．汤姆孙通过对____________的研究发现电子，说明原子也是可分的。2．卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现__________α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，______的α粒发生较大角度偏转，极少数发生大角度偏转，_________达到180°而反向弹回。3．卢瑟福提出原子核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫_________。它集中了原子的______________和几乎全部________。带负电的电子在核外绕核旋转。从α粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为________m。原子的核式结构阴极射线绝大多数少数个别的原子核全部正电荷质量10－14氢原子光谱1．光谱：复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱。2．发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱有连续光谱和明线光谱两种。连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发出的光形成；明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的。原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同。3．吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的。太阳光谱为吸收光谱。玻尔理论能级1．玻尔的原子模型：是以假说的形式提出来的，它包括以下三方面的内容：(1)轨道假设：即轨道是______的，只能是某些分立的值。(2)定态假设：即不同的轨道对应着不同的_______状态，这些状态中原子是_______的，不向外辐射能量。(3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的_______，从一个定态向另一个定态跃迁时要_______或_______一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的__________。量子化能量稳定能量辐射吸收能级差2．能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是__________的，因此各状态对应的能量也是___________的。这些能量值叫能级。3．基态与激发态：能量___________状态叫做基态；其他能量状态叫激发态。4．光子的发射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时_______出光子，由基态向激发态跃迁时要_______光子。光子的频率与能级的关系：________________。不连续不连续最低的发射吸收hν＝Em－En1．天然放射现象：某些元素________放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称_____________。2．三种射线的本质：α射线是__________，β射线是___________，γ射线是___________。3．贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种，三种射线的本质和特征对比如下表：天然放射现象自发地放射性元素氦核流电子流电磁波原子核的衰变新核衰变3．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核________发生衰变需要的时间。(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的____________(如压强、温度等)或___________(如单质或化合物)无关。有半数物理状态化学状态4．放射性同位素及应用(1)同位素有些原子的核电荷数_______，但质量数_______，这样一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同位素。(2)放射性同位素的应用①放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等。②作示踪原子。相同不同核反应1．核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新_________的过程。2．原子核的人工转变：用__________轰击靶核，产生另一种_______的方法。原子核高能粒子新核α粒子α粒子核力核能1．核力：_____之间的相互作用力叫核力，它是短程力。2．核能：由于原子核间存在核力，所以核子_______成原子核或原子核_______为核子时均伴随着巨大的能量变化，这种能量称为核能。3．质能方程：______________________核子结合分裂E＝mc2(ΔE＝Δmc2)4．质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下，系统能量减少了，质量自然也就减少了。当系统的质量减少Δm时，系统的能量就减少了ΔE，减少的能量向外辐射出去了。减少的质量转化为光子的质量，减少的能量转化为光子的能量。虽然光子的静止质量为零，但在光子的辐射过程中，具有能量E＝hν，所以运动的光子具有一定的质量。光子运动的速度始终为c，E＝hν＝mc2，所以当一个光子的频率为ν时，它的质量为_________。裂变与聚变几百万度以上热核3．裂变反应堆：又称核反应堆，简称反应堆。反应堆主要由以下几部分组成：①_________；②_________；③_________；④_________；⑤_________。核燃料减速剂控制棒冷却剂反射层跟踪自测巩固(5)目前核电站多数是采用核聚变反应发电。(

)(6)氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，当氢核与中子结合为氘核时，放出的能量为(m1＋m2－m3)c2。(

)(7)三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线，α射线。(

)(3)×半衰期是对大量原子核的统计规律，100个太少，不能用半衰期公式计算。(4)√(5)×现在的核电站利用核裂变释放的能量，不是聚变释放的能量，利用聚变释放的能量是现在努力的方向，虽有突破，但还不能大规模应用。(6)√

(7)√答案：D重点题型突破氢原子能级图及原子跃迁1．能级图中相关量意义的说明相关量表示意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.40…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En氢原子的能级图如图所示。2．对原子跃迁条件hν＝Em－En的说明(1)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。(2)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁。(2)直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和。思路引导：(1)如何求出辐射的光谱线条数？(2)分析能级图的特点：①量子数越大：____________________________。②量子数越小：____________________________。(3)辐射出的光子的波长与光的频率有什么关系？(4)如何求光电子的最大初动能？答案：(1)可利用数学中的组合知识求得。(2)①对应的能级差越小②对应的能级差越大(3)成反比。(4)用爱因斯坦光电效应方程Ekmax＝hν－W0。A．氢原子在n＝2的能级时可吸收能量为3.6eV的光子而发生电离B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射出光子的能量可以小于0.66eVC．b光比a光的波长短D．氢原子从n＝4的能级可辐射出5种频率的光子答案：A解析：从n＝2电离所需的最小能量等于：E－E2＝0－(－3.4)＝3.4eV，光子能量3.6eV高于此值故能引起电离，故A正确。氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射出光子的能量为：－0.85－(－1.51)＝0.66eV，故B错误。根据跃迁规律可知从n＝4向n＝2跃迁时辐射光子的能量大于从n＝3向n＝2跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的光子能量大于b，又根据光子能量E＝hν可得a光子的频率大于b，故a光比b光的波长短，故C错误。氢原子从n＝4的能级跃迁时，能发出C＝6种频率的光子，故D错误。与能级有关的能量问题1．原子从低能级向高能级跃迁的能量情况：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收。2．原子从高能级向低能级跃迁的能量情况：以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。(3)原子的电势能的变化规律。①通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小。名师归纳：与能级有关的能量问题的解题步骤(1)分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向心力列圆周运动动力学方程。(2)根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能之和列方程，求电势能。(3)原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子(或实物粒子)的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量。答案：(1)1.05×10－3A

(2)见解析图(3)6.58×10－7m原子核的衰变规律注意：①γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。放出γ射线后，原子核的电荷数和质量数都不变，其实质是放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变时，由于产生的某些新核具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。②当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴有γ射线产生，这时可连续放出三种射线。2．三种射线的成分和性质思路引导：(1)核反应方程满足什么规律？(2)写出计算剩余质量的公式。答案：B解析：设E的核电荷数为Z，则F的核电荷数为(Z－2)，G的核电荷数为(Z－1)，H的核电荷数为(Z－3)；又P是F的同位素，故P与F的核电荷数相同，即P的核电荷数为(Z－2)，则Q的核电荷数为(Z－1)，R的核电荷数为Z，S的核电荷数为(Z－2)。所以Q和G是同位素，R和E是同位素，S、F和P是同位素。选项B正确。核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型2.书写核反应方程的原则和步骤(1)书写核反应方程的原则及方法①无论何种核反应方程，都必须遵守电荷数守恒和质量数守恒(注意：不是质量守恒)，有些核反应方程还要考虑能量守恒及动量守恒。②核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号。③核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空地只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。(2)书写核反应方程的步骤在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上，然后根据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知核(或未知粒子)的质量数和核电荷数，最后根据未知核(或未知粒子)的核电荷数确定是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式的适当位置填上它们的符号。思路引导：(1)试写出α粒子、β粒子、中子的符号。(2)原子弹利用的是什么反应？(3)氢弹利用的是什么反应？解析：(1)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核，箭头的右边也是常见元素的原子核。E是查德威克发现中子的核反应方程。B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程。A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程。(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88。答案：(1)E

B

A

(2)144

88

(3)轻核聚变重核裂变β衰变α衰变人工转变核能的计算1．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。方程的含义是：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Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。(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Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。2．核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。(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。3．计算核能的几种方法(1)应用质能方程计算核能①根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。②根据ΔE＝Δm×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Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算。(2)根据能量守恒定律和动量守恒定律计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中不涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，由动量守恒定律和能量守恒定律可以计算出核能的变化。(3)利用平均结合能计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放