《高考物理人教版一轮复习课件：第14章 第2讲原子结构与原子核》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理人教版一轮复习课件：第14章 第2讲原子结构与原子核（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、近代物理初步 第十四章 第2讲原子结构与原子核 知识梳理自测 1 电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了 提出了原子的 枣糕模型 原子的核式结构 一 原子结构光谱和能级跃迁 电子 2 原子的核式结构 观察上面两幅图 完成以下空格 1 1909 1911年 英国物理学家卢瑟福进行了 提出了核式结构模型 粒子散射实验 2 粒子散射实验的结果 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上 但有少数 粒子发生了大角度偏转 偏转的角度甚至 也就是说它们几乎被 撞了回来 3 原子的结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的 都集中在原子核里 带负电的电子在 仍沿原来的方向前进 大于90 几乎
2、全部质量和全部正电荷 核外空间运动 1 光谱 用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开 获得光的 频率 和强度分布的记录 即光谱 2 光谱分类 光谱 波长 特征谱线 1 玻尔的三条假设 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 因此电子的可能轨道也是 玻尔理论能级 不连续 稳定 Em En
3、 不连续的 不连续的 2 基态和激发态原子能量最低的状态叫 其他能量较高的状态叫 3 氢原子的能级和轨道半径 1 氢原子的能级公式 E0 n 1 2 3 其中E1为基态能量 其数值为E1 2 氢原子的半径公式 rn n 1 2 3 其中r1为基态半径 又称玻尔半径 其数值为r1 0 53 10 10m 基态 激发态 13 6eV n2r1 4 氢原子的能级图 1 原子核由 和 组成 质子和中子统称为 2 原子核的核电荷数 数 原子核的质量数 质子和中子都为一个单位质量 3 X元素的原子核的符号为X 其中A表示 Z表示核电荷数 原子核的组成 二 原子核核反应和核能 质子 中子 核子 质子 质子数
4、 中子数 质量数 1 天然放射现象元素 地放出射线的现象 首先由 发现 天然放射现象的发现 说明 还具有复杂的结构 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 3 三种射线放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 射线 射线 射线 天然放射现象 自发 贝克勒尔 原子核 放射性 放射性元素 4 三种射线的比较 高速电子流 2e c 不偏转 最强 很弱 5 放射性同位素的应用与防护 1 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 2 应用 消除静电 工业探伤 作 等 3 防护 防止放射性对人体组织的伤害 天然 人工 示踪原子 原子核
5、的衰变半衰期 粒子或 粒子 半数 内部 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 核力 结合能 质量亏损 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 3 比结合能 1 定义 原子核的结合能与核子数之比 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 原子核越稳定 释放 吸收 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
6、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 mc2 mc2 思维诊断 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 氢原子光谱是由一条一条亮线组成的 4 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱 也成功地解释了氦原子光谱 5 按照玻尔理论 核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上 6 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 7 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 8 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 9 质能方程表明在一定条件下 质量可以转化
7、为能量 AD A 放在A位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B 放在B位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C 放在C D位置时 屏上观察不到闪光D 放在D位置时 屏上仍能观察到一些闪光 但次数极少 解析 粒子散射实验的结果是 绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进 少数 粒子发生了较大偏转 极少数 粒子被反弹回来 因此 荧光屏和放大镜一起分别放在图中的A B C D四个位置时 在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数 少数 少数 极少数 故A D正确 解析 各种原子的发射光谱都是线状谱 C错误 其他选项的说法均正确 故本题答案为C项 C 解析 光电效应
8、说明光具有粒子性 A错误 阴极射线实验说明能从原子中打出电子来 说明原子还可以再分 原子具有复杂的结构 B错误 卢瑟福根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 C错误 放射性元素自发地发出射线的现象叫天然放射现象 使人们认识到原子核内具有复杂的结构 D正确 D CD 解析 原子序数大于83的元素都具有放射性 但不是只有原子序数大于83的元素才具有放射性 故A错误 射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来的 故B错误 射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出的一个高速电子即 粒子 发生 衰变时 元素原子核的质量数不变 电
9、荷数增加1 故C正确 原子核在发生 衰变和 衰变时产生的能量以 光子的形式释放 故D正确 核心考点突破 1 能级图中相关量意义的说明 氢原子能级及原子跃迁 C A 这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B 由n 2能级跃迁到n 1能级产生的光的频率最小C 用n 2能级跃迁到n 1能级辐射出的光照射逸出功为6 34eV的金属铂能发生光电效应D 由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光波长最大 类题演练1 A 解析 13eV的光子的能量小于基态的电离能 又不等于基态与其他激发态间的能量差 该光子不会被吸收 电子与氢原子碰撞 可以把一部分或全部能量传递给氢原子 而使其发生跃迁 所以13eV的电子和10
10、2eV的电子都可以被吸收 10 2eV的光子正好等于n 1能级和n 2能级的能量差 可以被氢原子吸收发生跃迁 所以不能使基态氢原子吸收能量而发生跃迁的是A 类题演练2 C A 氦离子 He 处于n 1能级时 能吸收45eV的能量跃迁到n 2能级B 大量处在n 3能级的氦离子 He 向低能级跃迁时 只能发出2种不同频率的光子C 氦离子 He 从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2能级辐射出光子的波长大D 若氦离子 He 从n 2能级跃迁到基态 辐射出的光子能使某金属板发生光电效应 则从n 4能级跃迁到n 2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应 解析 吸收的光子能量等于两能
11、级间的能量差 才能发生跃迁 从n 1能级跃迁到n 2能级 吸收的光子能量为40 8eV 故A错误 大量处在n 3能级的氦离子 He 向低能级跃迁 能发出3种不同频率的光子 故B错误 由图可知 n 4能级和n 3能级的能量差小于n 3能级和n 2能级的能量差 则从n 4能级跃迁到n 3能级辐射的光子能量小于从n 3能级跃迁到n 2能级辐射的光子能量 所以从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2能级辐射出光子的频率低 波长大 故C正确 从n 2能级跃迁到基态释放的光子能量为 13 6eV 54 4eV 40 8eV 若能使某金属板发生光电效应 从n 4能级跃迁到n 2能级释放的光子能
12、量为 3 4eV 13 6eV 10 2eV 40 8eV 则不一定能使该金属板发生光电效应 故D错误 1 确定衰变的种类及衰变次数的方法不稳定的原子核自发地放出 粒子或 粒子后 转变为新核的变化称为原子核的衰变 判断衰变的种类及衰变次数要掌握几个要点 1 知道 粒子和 粒子的表示符号 粒子实质是氦原子核 符号是He 其中4表示氦的质量数 2表示氦的电荷数 粒子实质是电子 符号是e 其中0表示电子的质量数 1表示电子的电荷数 原子核的衰变半衰期 注意 射线是伴随 衰变或 衰变产生的 放出 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 衰变或 衰变时 由于产生的某些新核
13、具有过多的能量 核处于激发态 而辐射出光子 当放射性物质发生连续衰变时 原子核中有的发生 衰变 有的发生 衰变 同时伴有 射线产生 这时可连续放出三种射线 B 类题演练3 AB 1 核反应的四种类型 核反应类型及核反应方程 2 核反应过程一般是不可逆的 书写核反应方程不能用等号 只能使用单向箭头 连接 并表示反应方向 3 核反应过程遵循质量数守恒 而不是质量守恒 核反应过程中伴随着能量的巨大变化 反应前后质量会变化 一般质量会亏损 4 核反应过程中遵循电荷数守恒原理 1 是发现中子的核反应方程 是研究原子弹的基本核反应方程 是研究氢弹的基本核反应方程 2 求B中X的质量数和中子数 3 判断以上
14、五个核反应的反应类型 E B A 解题导思 1 试写出 粒子 粒子 中子的符号 2 原子弹利用的反应类型是什么 3 氢弹利用的反应类型是什么 答案 1 粒子符号是He 粒子符号是e 中子的符号是n 2 原子弹利用的是核裂变反应 3 氢弹利用的是核聚变反应 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 2 14488 3 轻核聚
15、变重核裂变 衰变 衰变人工转变 类题演练4 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 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 核能的计算 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
16、都可以释放能量 2 原子核衰变过程中 粒子 粒子和新生原子核在磁场中的轨迹 衰变中 粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切 如图 甲 所示 衰变中 粒子和新生原子核在磁场中的轨迹内切 如图 乙 所示 3 计算核能的方法 根据爱因斯坦质能方程 用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方 即 E mc2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5MeV的能量 得 E 质量亏损的原子质量单位数 931 5MeV 根据平均结合能来计算核能原子核的结合能 平均结合能 核子数 有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算 此时应注意动量 动能关系式p2 2mEk的应用 3 大于 答案 2 4 3 10 12J 类题演练5 2年高考模拟
