《2015高考物理总复习-3原子结构-原子核课件-新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015高考物理总复习-3原子结构-原子核课件-新人教版选修3-5（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第3单元 原子结构 原子,一、汤姆生的原子模型 1电子的发现 1897年英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的研究发现电子，电子的发现证明了原子有复杂结构，所谓原子的结构就是原子是由什么组成的,2汤姆生的原子模型(又称枣糕模型) 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子却像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里面，电子在平衡位置附近振动而发出一定频率的光历史上称这是一个充满错误的成功，它肯定了原子有结构，认为光谱是来自原子内部的信息，给以后的原子研究指明了方向,二、粒子散射实验 19091911年，由英国物理学家卢瑟福和其助手(盖革和马斯顿)完成 1实验装置 如图所示,【名师点拨】 (1)荧光屏可
2、以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子的数目，全部设备装在真空中，以防止空气对粒子径迹的影响 (2)实验中用金箔有两个原因：其一是其原子序数大；其二是金箔具有很好的延展性，能抽成很薄的箔,2实验现象(结论) 如图所示,【名师点拨】 粒子散射实验得出的三条结论是汤姆生原子模型无法解释的，第(1)条说明原子内部是“空”的；第(2)、(3)两条中说明粒子被弹开，绝不是被电子弹开的因为当时人们已经知道mem，足以说明原子为核式结构,【例1】 (2011上海)卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是( ),【解析】 实验结果是：离金原子核远的粒子偏转角度小，离金原子
3、核近的粒子偏转角度大，正对金原子核的粒子被返回，故A、B、C项错误，D项正确 【答案】 D 【学法指导】 本题源于教科书，考查粒子散射实验的结果，对于类似基础知识要熟练掌握，虽不难复习时也要重视,3原子的核式结构模型 (1)内容： 在原子的中心有一个很小的核，叫原子核原子核的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转 【名师点拨】 卢瑟福的原子结构模型是受自然界行星环绕太阳的运动轨道的启发而提出的，因此原子的核式结构模型也称行星结构模型由此可见解决问题的一种迁移能力,(2)几个相关的知识点： 核子：质子和中子统称为核子 原子核带正电荷数核外电子数原子序数，且qz
4、e. 若用粒子去轰击原子序数更大的原子核，粒子散射实验现象更明显，即沿同一角度散射的粒子数就越多 原子核半径数量级 由粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级：1041015米 注意：原子的半径的数量级：1010 m.,三、玻尔的原子模型 1原子的核式结构与经典电磁理论的矛盾 第一点：原子是否稳定 按经典的电磁理论，做加速运动的电荷，应该辐射电磁波，其能量是应该减少，电子的运行轨道半径应减小，于是电子将沿螺旋线的轨道落入原子核，即原子应是不稳定的实际上原子是稳定的,第二点：原子光谱 按经典的电磁理论，随着电子运行轨道半径的不断变化，电子辐射电磁波的频率也要不断变化，这种大量的原子的发光光谱应是
5、包含一切频率的连续光谱实际上原子光谱是明线光谱,经典理论无法解释原子光谱的规律性，于是玻尔理论应运而生在这对尖锐的矛盾中应该否定谁？是核式模型错了，还是经典的电磁理论不适合于微观世界呢？卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔坚信原子的核式结构学说是符合实验事实的，他认为应该否定的不是卢瑟福模型，而是经典电磁理论他根据当时已被发现的氢光谱的规律性，把普朗克的量子理论运用到原子系统，提出了玻尔的原子模型玻尔理论玻尔引入了三点假设,2玻尔的原子模型(玻尔假说内容) (1)定态量子化假设： 原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态 (2)
6、辐射频率条件假设： 原子从一种定态(设能量为E初)跃迁到另一种定态(设能量为E终)时它辐射(或吸收)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hE初E终,【名师点拨】 (1)原子从一种定态E初跃迁到另一种定态E终时，就要辐射出一个能量为E初E终的光子要注意：E初E终才能辐射能量(以光子形式)，E初E终则要吸收对应能量的光子，hE终E初 (2)除电离外，原子从一种定态跃迁到另一定态对应的能量是确定的，即只能与相应能量的光子相匹配，多一点、少一点都不能发生跃迁,(3)轨道量子化假设： 原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布
7、也是不连续的 【例2】 (2012北京)一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子( ) A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少 C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少,【解析】 一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，即从高能级向低能级跃迁，释放光子，能量减少，故选B项 【答案】 B,四、天然放射现象 1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放射性，具有放射性的元素叫放射性元素 【名师点拨】 原子序数大于83的所有元素，都具有放射性，其原子核是不稳定的；原子序数小于83的元素，有的也具有放射性,2天然放射现象 放射性元素自发地放出、射线的现象，叫天然放射现象 【名师点拨】
8、 天然放射现象是由法国物理学家贝克勒耳于1896年首先发现的，且、是从原子核中放出来的，它揭示了原子核有复杂的结构，但不能认为、就是原子核的组成部分,3三种射线的性质,【例3】 (2011上海)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，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,【解析】 天然放射性元素放出的三种射线都是原子核发生衰变造成的，射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较强，故是射线是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个高速电子，该电子即射线，故射线来自原子核
9、，故A项错误；射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住，故是射线，射线是高速氦核流，是实物粒子，不是电磁波，故B项错误；射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但几乎没有电离本领，故是射线，是一种光子，是一种电磁波，故C项错误；是射线，它的电离作用最弱，是原子核发生衰变时释放的能量以光子的形式辐射出来，所以D项正确 【答案】 D,【例4】 (2011浙江)关于天然放射现象，下列说法正确的是( ) A射线是由氦原子核衰变产生 B射线是由原子核外电子电离产生 C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 D通过化学反应不能改变物质的放射性 【解析】 射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时
10、两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来，故A项错误；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一个高速电子即粒子，故B项错误；,射线是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C项错误；放射性元素的放射性是原子核自身决定的，而化学反应不能改变原子的原子核，故化学反应并不能改变物质的放射性，故D项正确 【答案】 D,六、半衰期 1物理意义：用来描述放射性元素衰变快慢的物理量 2定义 放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间,【名师点拨】 (1)放射性元素的半衰期是由核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态或化学状态无关，例如：一种放射性元素，不
11、管它是以单质存在或以化合物存在，或对它施加压力，或增高它的温度都不能改变它的半衰期 (2)半衰期表示的是一种统计规律只适合于含有大量原子的样品当原子的数目少到统计规律不起作用时，就无法确定原子衰变所需的时间即半衰期对某一个或某几个原子核来说，是无意义的因此由半衰期不能推算出放射性物质完全衰变的寿命期,【例5】 在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( ) A氡的半衰期为
12、3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了,B衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱 D发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4,【解析】 半衰期对于极少数原子核不适用，故A项错误；衰变所释放的电子是原子核中的中子转变为质子和电子，电子释放出来，故B项正确；射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱故C项正确；发生衰变时电荷数少2，质量数少4，质量数等于质子数加上中子数，所以中子数少2.故D项错误 【答案】 BC,【例6】 (2011天
13、津)当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，若碳11的半衰期为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字),【答案】 1.6%,八、放射性同位素的应用 1探伤、治病、测厚 2作为示踪原子 九、核能 1核能 核子结合成原子核时释放的能量或原子核分裂为核子时所吸收的能量，叫原子核的结合能，简称核能,2质量亏损 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫质量亏损 理解要点：质量数与质量是两个不同的概念 3质能方程
14、 Emc2，即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核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应的减少，即Emc2. 【名师点拨】 质量亏损应对应原子核的变化，即原子核的质子和中子重新排列，不是核外电子的问题,【解析】 原子能级的跃迁，是由于原来处于基态的原子吸收一定光子跃迁到高能态，处于不稳定状态，再跃迁到基态过程中向外释放光子不存在原子核的质量亏损而质量亏损对应原子核的变化，对应原子核的质子和中子重新排列，本题原子核的质子和中子没有重新排列故选C项 【答案】 C 【学法指导】 Emc2或Emc2是爱因斯坦在相对论中得出的质量和能量间的关系记住1 u1.660566
15、1027kg相当于931MeV(u为原子质量单位),【名师点拨】 重核裂变为两个中等质量的核，是由德国的哈恩和斯特拉斯曼发现的注意，反应方程的两侧中子不能化简为左侧没有，右侧2个没有了左侧的中子，就没有“炮弹”了,【解析】 由核反应方程式可以看出该反应生成了3个中子，A项正确；铀块体积需达到临界体积才能发生链式反应，B项错误；铀核的链式反应可以通过控制棒进行人工控制，C项正确；放射性物质的半衰期是元素本身的属性，与外界物理环境和化学环境均无关，D项错误 【答案】 AC,【名师点拨】 两个轻核聚变为质量较大的核；裂变是原子弹爆炸的工作基础，聚变是氢弹爆炸的工作基础以上知识要求在理解的基础上熟记,【解析】 人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，故A项正确；质量较重的铀核通过核反应产生两个中等质量的钡核和氪核，属于重核的核裂变，故B项错误；核聚变过程中出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程Emc2可求出核反应释放的能量，故C项正确，D项错误 【答案】 AC 【学法指导】 本题易错点为B项，有的考生不能区分裂变和聚变，注意对基础知识的记忆和辨析，才能顺利解决此类问题,【例2】 氢原子的能级是氢原子处于各个状态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时( ) A氢原子的
