原子结构核能

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1、第二节 原子结构 核能 按Esc键退出返回目录 基础梳理整合 核心理解深化 方法探究突破 按Esc键退出返回目录 基础梳理整合 构建能力大厦的奠基石 一、原子结构 1.电子的发现 汤姆生在研究阴极射线时发现了 ,提出了原子的枣糕模型。 2.粒子散射实验 粒子散射实验是用粒子轰击金箔,结果是 穿过金箔后仍 沿原来方向前进, 发生了较大的偏转,极个别粒子甚至 。 答案：1.电子 2.绝大多数 少数 反向 3.核式结构 在原子的中心有一个很小的 ,叫原子核,原子的 都集中在原子核里,带 在核外空间运动。 答案：核 几乎全部质量和全部正电荷 负电的电子 二、氢原子光谱 1.光谱分析 利用元素的特征谱线

2、(线状谱)分析和确定物质的组成成分即光谱分 析。 2.氢原子光谱的实验规律 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式 =R( - )(n=3,4, 5,R是里德伯常量,R=1.10107 m-1)。 三、玻尔模型 1.玻尔的三条假设 (1)能量量子化:原子只能处于一系列 状态中,在这些状态中原 子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫做 。 对氢原子满足:En= E1,其中E1=-13.6 eV 答案：不连续 定态 相对应。原子的定态是不连续的,因此电子运动的可能轨道的分 布也是不连续的。 对氢原子满足:rn=n2r1,其中r1=0.5310-10 m。 (3)能级跃迁

3、:原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能 量为E1)时,它 一定频率的光子,光子的能量由这两种定 态的能量差决定,即h=E2-E1。 (2)轨道量子化:原子的 跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动 答案： (2)定态 轨道 (3)辐射或吸收 2.氢原子能级图:如图所示 1896年, 在铀矿石中发现未知的射线,把这些射线称为射 线、射线、射线,这就是天然放射现象的发现。天然放射现象的发 现,说明原子核 。 答案：贝克勒尔 具有复杂结构 四、天然放射现象及三种放射线的比较 1.天然放射现象的发现 种类射线射线射线 组成高速氦核流高速电子流光子流 带电荷量2e-e0 质量4mp 静止质量为零

4、 在电磁场中偏转与射线反向偏 转 不偏转 穿透本领 电离作用 2.三种射线的比较 3.三种射线在匀强磁场、匀强电场中偏转情况比较: 五、原子核的衰变及衰变规律 1.衰变 原子核由于自发地放出某种粒子而转化为新核的变化。 2.衰变规律 (1)衰变 X Y He,实质: H+ n He (2)衰变 X Y e,实质 n H e 3.半衰期 (1)定义:放射性元素衰变有一定的速率,我们把放射性元素的原子核 有半数发生衰变需要的时间叫半衰期,用表示。 (2)公式:m=m0( (3)特点:半衰期由该元素的原子核内部本身的因素决定,跟原子所处 的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质、化合物等)无关

5、 。另外,半衰期仅是对大量原子核的统计规律。比如研究200个铀的 原子核经过一个半衰期后还剩多少个铀的原子核是没有意义的。 六、核能 1.核力 核子间的作用力。核力是短程强力,作用范围在1.510-15 m之内,只在 的核子间发生作用。 答案：相邻 结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能 量,叫做原子核的 能,亦称核能。 3.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,这就是质量亏损m。由质量亏损可求出释放的核能E = 。 答案：2.核子 结合 3.mc2 mc2 2.核能 按Esc键退出返回目录 七、重核的裂变与轻核的聚变 1.裂变

6、 重核分裂成质量较小的核的反应。如: U+ Xe Sr+1 n。 2.聚变 轻核结合成质量较大的核的反应。如: H H n。 按Esc键退出返回目录 核心理解深化 拓展升华思维的加油站 一、氢原子能级图及原子跃迁的理解 【自主探究1】 用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发 射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线,且321, 则( )。 A.01 B.3=2+1 C.0=1+2+3 D. = + 思路点拨:氢原子从n能级跃迁到基态能辐射几种频率的光? 答案： B 解析:大量处于基态的氢原子跃迁时只有三条谱线,这说明是从n=3的 能级向低能级跃迁,根据能量守恒有,h3=h2+

7、h1,解得:3=2+1,选项B 正确。 归纳要点对原子跃迁条件的理解 (1)原子从低能级向高能级跃迁,吸收一定能量的光子,当一个光子的 能量满足h=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h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,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)原子跃迁条件h=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。对于光子和氢原子作用而使原子电离时,只要 入射光的能量E13.6 eV,原子就能吸收。对于实物粒子与原子作用 使原子激

8、发时,粒子能量大于或等于能级差即可。 二、核反应的四种类型 【自主探究2】 现有5个核反应方程 A H H He n B U nX Sr+ n C Na Mg e D Na Rn He E He Be C n 按Esc键退出返回目录 (1) 是发现中子的核反应方程, 是研究核弹的基本核反应方程 式。 (2)B项中X的质量数为 ,中子数为 。 (3)以上五个核反应的反应类型是,A. ;B. ;C. ;D. ;E. 。 答案:(1)E B、A (2)140 86 (3)聚变 裂变 衰变 衰变 原子核的人工转变 (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

9、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。 (2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X质量数为140,电荷数为54, 所以中子数为:140-54=86。 解析:(1)E是查德威克发现中子的核反应方程,A是氢弹、B是原子弹 的核反应方程。 归纳要点1.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 H)、中子 n)、粒子 He)、粒子 e)、正电子 e)、氘核 H) 、氚核 H)等。 2.核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律,这是正确书写核 反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。

10、Be He C n(查德威克发现中子) (3)重核裂变:例: U n Xe Sr+1 n(可人工控制,缓慢释放能 量) U n Ba Kr+ n (4)轻核聚变:例 H H He n(不能人工控制) 3.熟悉核反应的四种基本类型,可以帮助我们理清思路,很快写出正确 的核反应方程。 (1)衰变:例: U Th He Th Pa e (2)人工转变:例: N He O H(卢瑟福发现质子) 易错辨析 请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。 1.衰变中的电子来源于原子核外电子。 2.核反应方程的质量数守恒,方程两边的质量也相等。 3.如某放射性元素的半衰期是5天,那么100个该元素的原子

11、核经过10 天还剩下25个。 4.电子绕核旋转的半径越大,动能越小,电势能越大,总能量越大。 5.目前核电站多数是采用核聚变反应发电。 3.错误。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.正确。 5.错误。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。 答案:1.错误。衰变的实质是中子衰变成质子,放出电子,来源于原子 核内部,核反应方程为: H e。 2.错误。核反应方程的质量数守恒,但方程两边的质量并不相等,核反 应一般要释放能量,反应后的核子的总质量小于反应前的总质量,称 为质量

12、亏损。 按Esc键退出返回目录 方法探究突破 提升应用技巧的突破口 命题研究一、能级跃迁与光谱线问题 【例1】 如图所示为氢原子最低的四个能级,当氢原子在这些能级间 跃迁时: (1)有可能放出多少种能量的光子。 (2)在哪两个能级间跃迁时,所放出光子波长最长?波长是多少? 思路点拨:(1)辐射出的光谱线条数如何求? (2)用h=Em-En和c=求波长。 由h=E4-E3得:h =E4-E3 所以= = m1.8810-6 m。 答案:(1)6种 (2)见解析 解析:(1)N= = 种=6种。 (2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时,能级差最小,辐射的光子波长 最长。 规律总结(1)一个氢原子和

13、一群氢原子的区别:一个氢原子只有一个电 子,在某个时刻电子只能在某一个可能的轨道上,当电子从一个轨道跃 迁到另一个轨道上时,可能情况有 种, = ,但产生的跃迁只有一 种。而如果是大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有 的可能情况。 (2)入射光子和入射电子的区别:若是在光子的激发下引起原子跃迁, 则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差;若是在电子的碰 撞下引起的跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个 能级差。 拓展链接1用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测 到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测,发现光谱线的 数目比原来增加了5条。用n表

14、示两次观测中最高激发态的量子数n之 差,E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图(如图所示)可以判断 ,n和E的可能值为( )。 A.n=1,13.22 eVE13.32 eV B.n=2,13.22 eVE13.32 eV C.n=1,12.75 eVE13.06 eV D.n=2,12.75 eVEE4-E1,E-0.85-(-13.60) eV=12.75 eV,E-0.54-(-13.60) eV=13.06 eV,所以12.75 eVE13.06 eV,故D项 正确。同理当n=1时,使调高后电子的能量满足E6-E1EE7-E1,-0.38- (-13.60) eVE-0.28-(-

15、13.60) eV,所以 13.22 eVE13.32 eV。故A项正确。 【例2】 放射性同位素钍232经、衰变会生成氡,其衰变方程为 Th Rn+x+y,其中( )。 命题研究二、核反应方程 A.x=1,y=3 B.x=2,y=3 C.x=3,y=1 D.x=3,y=2 思路点拨:由质量数和电荷数守恒能求解吗? 解析:由衰变方程 Th Rn+ He+ e,由质量数守恒和电荷数守恒 得:232=220+4x,90=86+2x-y可解得x=3、y=2。 答案： D 规律总结根据核反应方程的质量数和电荷数守恒来求解,解二元一次方 程组,有时为了确定衰变次数,往往由质量数的改变先确定衰变的次数, 因为衰变对质量数无影响,然后再根据衰变规律确定衰变的次数。 种聚变反应可能发生,放出热量。这几种反应的总效果可以表示为 H He+ H+ n+43.15 MeV,由平衡条件可知( )。 拓展链接2核聚变有望给人类的未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子 体被加热到适当高温时,氘核参与的几 A.k=1,d=4 B.k=2,d=2 C.k=1,d=6 D.k=2,d=3 答案： B 解析:根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得 解得 ,B对。 【例3】 一块含铀的矿石质量为M,其中铀元素的质量为m,铀发生一 系列衰变,最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T,那么下列说法中正 确的是(