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1、第二节原子结构原子核能,-2-,-3-,知识梳理,双击自测,一、原子结构 1.电子的发现 汤姆孙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,结果是粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,粒子发生了较大的偏转,极个别粒子甚至。 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。,电子,绝大多数,少数,反向,核,几乎全部质量和全部正电荷,负电的电子,-4-,知识梳理,双击自测,二、氢原子光谱 1.光谱分析 利用元素的特征谱线(线状谱)分析和确定物质的组成成分。 2.氢原子光谱的实验规律 巴耳末系是氢光谱在可见光
2、区的谱线,其波长公式 (n=3,4,5,R是里德伯常量,R=1.10107 m-1)。,-5-,知识梳理,双击自测,3.玻尔模型 (1)玻尔的三条假设 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,这些状态叫作。 对氢原子满足:En= E1,其中E1=-13.6 eV。 轨道量子化:原子的跟电子不同的运行相对应。原子的能量状态是不连续的,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。 能级跃迁: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,
3、光子的能量由这两种定态的能量差决定,即h=E2-E1。,不连续,定态,能量状态,轨道,辐射或吸收,-6-,知识梳理,双击自测,(2)氢原子能级图:如图所示,-7-,知识梳理,双击自测,三、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 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。,贝克勒尔,具有复杂结构,-8-,知识梳理,双击自测,2.三种射线的比较,-9-,知识梳理,双击自测,3.三种射线在匀强磁场、匀强电场中偏转情况比较,-10-,知识梳理,双击自测,四、原子核的衰变及衰变规律 1.衰变 原子核由于
4、自发地放出某种粒子而转化为新核的变化。 2.衰变规律,-11-,知识梳理,双击自测,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。 (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。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。,-12-,知识梳理,双击自测,五、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。 2.核能
5、 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,叫作原子核的能,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=。,相邻,核子,结合,mc2,mc2,-13-,知识梳理,双击自测,-14-,知识梳理,双击自测,1.请判断下列表述是否正确,对不正确的表述,请说明原因。 (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。(),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
6、量亏损。,-15-,知识梳理,双击自测,(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。() (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射线、射线、射线。(),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。,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
7、向,虽有突破,但还不能大规模应用。,-16-,知识梳理,双击自测,2.(原子核式结构的考查)下列对原子结构的认识错误的是 () A.原子中绝大部分是空的,原子核很小 B.电子在核外绕核旋转,向心力为库仑力 C.原子的全部正电荷都集中在原子核里 D.原子核的直径大约为10-10 m,答案,解析,-17-,知识梳理,双击自测,3.(三种射线的考查)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验测定结果如图所示,由此可推知() A.来自于原子核外的电子 B.的电离作用最强,是一种电磁波 C.的电离作用较强,是一种电磁波 D.的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子,答案,解析,-18-,知识梳理,双击自测
8、,4.(波尔理论的跃迁假设)一群氢原子中的电子从较高能级自发地跃迁到较低能级的过程中() A.原子要吸收一系列频率的光子 B.原子要吸收某一种频率的光子 C.原子要发出一系列频率的光子 D.原子要发出某一种频率的光子,答案,解析,-19-,知识梳理,双击自测,答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,考点一氢原子能级图及原子跃迁 1.能级图中相关量意义的说明,-21-,考点一,考点二,考点三,2.对原子跃迁条件h=Em-En的说明 (1)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。 (2)当光子能量大于或等于13.6 eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收
9、,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV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。,-22-,考点一,考点二,考点三,3.跃迁中两个易混问题 (1)一群原子和一个原子:氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,可能的情况只有一种,但是如果容器中盛有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了
10、。 (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。,-23-,考点一,考点二,考点三,例1(多选)氢原子的部分能级如图所示,已知可见光光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间。由此可推知,氢原子() A.从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高 B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光一定为可见光 C.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高 D.大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁
11、时可以发出两种可见光,答案,解析,-24-,考点一,考点二,考点三,思路引导 分析能级图的特点:量子数越大,对应的能级如何变化?量子数越小,对应的能级如何变化? 辐射出的光子波长与光的频率有什么关系?,提示:量子数越大,对应的能级越大;量子数越小,对应的能级越小。,-25-,考点一,考点二,考点三,规律总结解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项 (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。 (2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=Em-En求得。若求波长可由公式c=求得。 (3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)。 (4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种
12、求解方法: 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。,-26-,考点一,考点二,考点三,拓展训练1 (多选)如图为氢原子能级图,现有一群处于n=3激发态的氢原子,则这些原子 () A.发出的光子最小能量是0.66 eV B.发出的光子最大能量是12.75 eV C.能发出3种不同频率的光子 D.由n=3跃迁到n=1时发出的光子频率最高,答案,解析,-27-,考点一,考点二,考点三,考点二原子核的衰变半衰期 1.衰变、衰变的比较,-28-,考点一,考点二,考点三,2.半衰期 (1)半衰期的计算:根据半衰期的概念,可总结出公式。 式中N原、m原表示衰变前的放射
13、性元素的原子数和质量,N余、m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,表示半衰期。 (2)半衰期的理解:半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一放射性元素具有的衰变速率一定,不同的放射性元素半衰期不同,有的差别很大。 (3)适用条件:半衰期是一个统计规律,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变。,-29-,考点一,考点二,考点三,A.铅核比钍核少8个质子 B.铅核比钍核少16个中子 C.共经过4次衰变和6次衰变 D.共经过6次衰变和4次衰变,-30-,考点一,考点二,考点三,-31-,考点一,考点二,考点三,答案:(1)ABD
14、(2)正电子56天,-32-,考点一,考点二,考点三,思路引导 衰变满足哪两个守恒规律? 剩余质量的计算公式是什么?,提示:满足质量数守恒和电荷数守恒。,-33-,考点一,考点二,考点三,-34-,考点一,考点二,考点三,答案,解析,-35-,考点一,考点二,考点三,考点三核反应类型核能 1.核反应类型 (1)核反应的四种类型:衰变、人工转变、裂变和聚变。 (2)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向,不能用等号连接。 (3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。 (4)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,核
15、反应前后的总质量一般会发生变化。 (5)核反应遵循电荷数守恒。,-36-,考点一,考点二,考点三,2.计算核能的几种方法 (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=m931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量,所以计算时m的单位是“u”,E的单位是“MeV”。 (3)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。 (4)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。,-37-,考点一,考点二,考点三,例3典型的铀核裂变是生成钡和氪,同时放
16、出x个中子: ,铀235质量为m1,中子质量为m2,钡144质量为m3,氪89的质量为m4。下列说法正确的是() A.该核反应类型属于人工转变 B.该反应放出能量(m1-xm2-m3-m4)c2 C.x的值是3 D.该核反应比聚变反应对环境的污染较少,答案,解析,-38-,考点一,考点二,考点三,思路引导 如何确定x的值? 如何计算释放出的核能?,提示:根据质量数守恒可算出x的值。,提示:先算出质量亏损,再根据E=mc2求出释放出的核能。,-39-,考点一,考点二,考点三,规律总结(1)核反应方程的书写方法 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,所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。 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。,-40-,考点一,考点二,考点三,(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。 使较重的核分裂成中等大小的核。 使较小的核聚合成中等大小的核。 两种途径都可以使核子
