《2020版高考物理总复习 第十二章 第2节 原子结构与原子核课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理总复习 第十二章 第2节 原子结构与原子核课件（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2节 原子结构与原子核,基础过关,考点研析,素养提升,基础知识,一、原子结构 1.电子的发现:英国物理学家 发现了电子.,汤姆孙,基础过关 紧扣教材自主落实,2.原子的核式结构 (1)粒子散射实验:1909年1911年,英国物理学家 和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿 方向前进,但有少数粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90,也就是说它们几乎被“撞了回来”.(如图1所示),卢瑟福,原来,(2)如图2,原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的 和几乎全部 都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.,正电荷,二、氢原子光谱 1
2、.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.,波长,质量,2.光谱分类,连续,吸收,特征,4.光谱分析:利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.,特征谱线,三、氢原子的能级结构、能级公式 1.玻尔理论 (1)轨道量子化 电子运行轨道的半径 任意的,即电子的轨道是 的,电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射.当电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态.原子在不同的状态中具有 的能量,因此,原子的能量是量子化的.,(2)定态:原子只能处于一系列 的能量状态中,
3、在这些能量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.能量最低的状态叫做 ,其他状态叫做 . (3)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=6.6310-34 Js),不是,量子化,不同,不连续,基态,激发态,Em-En,2.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示,(2)氢原子的能级 氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1= -13.6 eV.,四、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1.原子核的组
4、成:原子核是由 和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的 . 2.天然放射现象 元素 地发出射线的现象,首先由 发现.天然放射现象的发现,说明原子核具有 的结构.放射出的射线是 射线, 射线或 射线. 3.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、做 等. (3)防护:防止放射性对人体组织的伤害.,质子,质子数,自发,贝可勒尔,复杂,天然,人工,示踪原子,4.原子核的衰变 (1)衰变:原子核放出粒子或粒子,变成另一种 的变化称为 的衰变.,原子核,原子核,(3)半衰期:放射性元素的原子核有 发
5、生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的 和 无关.,半数,化学状态,外部条件,铀238核放出一个粒子后,成为一个新核钍234核,钍234核也具有放射性,它能放出一个粒子而变成镤234核,衰变后情景如图所示.,(1)写出铀238的衰变方程,粒子是什么物质? (2)写出钍234的衰变方程,粒子是什么物质? (3)已知钍234的半衰期是24天,1 g钍经过48天后还剩多少?,五、核力与结合能 1.核力 原子核内部, 所特有的相互作用力.,2.结合能 (1)结合能:由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量. (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其对应的能量E= . 六
6、、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 核反应方程 1.重核裂变 (1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.,核子间,mc2,(3)链式反应:重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程. (4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生 的最小体积及其相应的质量. (5)裂变的应用: 、核反应堆. (6)反应堆构造:核燃料、减速剂、 、防护层. 2.轻核聚变 (1)定义:两个轻核结合成 的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫 .,中子,链式反应,原子弹,镉棒,质量较大,热核反应,(1)原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成的.( ),过
7、关巧练,1.思考判断,(2)玻尔理论成功地解释了原子光谱问题.( ) (3)氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁.( ) (4)原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同的能量.( ) (5)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.( ),2.(多选)从粒子散射实验结果推出的结论,其中正确的是( ) A.金原子内部大部分都是空的 B.金原子是一个球体 C.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况 D.原子核的半径的数量级是10-15 m,ACD,解析:粒子散射实验结果表明,绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数粒子发生了较大角度的偏转,并有极少数粒子的偏转角度超过9
8、0,有的甚至几乎被反弹回来,则从粒子散射实验结果推出的结论有金原子内部大部分都是空的,汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况,原子核的半径的数量级是10-15 m,不能说明金原子是球体,选项A,C,D正确.,3.人教版选修3-5P63T3改编(多选)大量氢原子处在n=3的能级,下列说法正确的是( ) A.会辐射出4种频率的光 B.会辐射出3种频率的光 C.辐射出的光中波长最短的光是在n=3和n=2两个能级之间跃迁时发出的 D.辐射出的光中波长最短的光是在n=3和n=1两个能级间跃迁时发出的,BD,4.已知真空中的光速c=3.0108 m/s,下列说法正确的是( ),C,考点一 氢原子能级及原
9、子跃迁,1.能级图中相关因素的说明,考点研析 核心探究重难突破,2.两类能级跃迁,(2)受激跃迁:由低能级跃迁到高能级,吸收能量. 光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差h=E. 碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外E. 大于电离能的光子被吸收,将原子电离.,3.电离 电离态:n=,E=0;基态电离态:E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV(电离能).n= 2电离态:E吸=0-E2=3.4 eV;如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能.,【典例1】(2018北京东城区一模)如图是氢原子的能级图.一个氢原子从n=4的能级向低能级跃迁,则以下判断
10、正确的是( ) A.该氢原子最多可辐射出6种不同频率的光子 B.该氢原子跃迁到基态时需要吸收12.75 eV的能量 C.该氢原子只有吸收0.85 eV的光子时才能电离 D.该氢原子向低能级跃迁时,向外辐射的光子的能量是特定值,D,解析:本题研究的是单个氢原子,单个处于n能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出n-1条不同频率的光子,故该氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子,选项A错误;该氢原子跃迁到基态时需要释放-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV的能量,选项B错误;只要吸收的光子的能量大于0.85 eV,该氢原子就能电离,选项C错误;氢原子向低能级跃迁时,向外
11、辐射的光子的能量等于两能级的能量差,此能量差为特定值,选项D正确.,方法技巧 解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意 (1)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. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1). (3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法. 用数学中的组合知识求解:N= = . 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.,1.氢原子跃迁(多选)如图所示为氢原子的能级图,用光子能量为 13.06 eV 的光照射一群处于基态的氢原子,下列说法正确的是( ) A.氢原子可以辐射
12、出连续的各种波长的光 B.氢原子可辐射出10种不同波长的光 C.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射光的波长 最短 D.辐射光中,光子能量为0.31 eV的光波长最长,BD,题组训练,C,考点二 原子核的衰变、半衰期,1.放射性元素 具有放射性的元素称为放射性元素,原子序数大于或等于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数小于83的元素,有的也能放出射线.,2.三种射线的比较,3.衰变、衰变的比较,(2)半衰期的物理意义 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)半衰期的适用条件 半衰期是一个统计规律,是
13、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.,【典例2】 (2019湖南长沙模拟)一个静止的铀核,放在匀强磁场中,它发生一次衰变后变为钍核,粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动.某同学作出如图所示运动径迹示意图,以下判断正确的是( ) A.1是粒子的径迹,2是钍核的径迹 B.1是钍核的径迹,2是粒子的径迹 C.3是粒子的径迹,4是钍核的径迹 D.3是钍核的径迹,4是粒子的径迹,B,【针对训练1】 (2019山西太原模拟)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示.两块平行放置的金属板A,B分别与电源的两极a,b连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出.则( )
14、A.a为电源正极,到达A板的为射线 B.a为电源正极,到达A板的为射线 C.a为电源负极,到达A板的为射线 D.a为电源负极,到达A板的为射线,B,BC,考点三 核反应类型与核反应方程,1.核反应方程的四种类型,(2)核反应过程一般都不是可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接.,(3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据质量数守恒、电荷数守恒凭空杜撰出生成物来写核反应方程.,【典例3】 (2017天津卷,1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是( ),A,解析
15、:A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程,B项是用粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程,C项属于原子核的人工转变,D项属于重核的裂变,因此只有A项符合要求.,D,A.都是重核铀的同位素的核反应,故都是重核的裂变反应 B.反应前都有一个中子,故都是原子核的人工转变 C.生成物中都有氦核,故都是衰变反应 D.比放出的能量少,说明比质量亏损得少,解析:是重核的裂变反应,是衰变反应,选项A错误;是原子核的人工转变,是轻核的聚变反应,选项B,C错误;比放出的能量少,根据爱因斯坦质能方程可知,比质量亏损得少,故选项D正确.,D,考点四 核力与核能,核反应中释放核能的计算 (1)根据E=mc2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计算时,m的单位是“u”,E的单位是“MeV”. (3)根据核子比结合能计算,即E等于(反应前核子比结合能-反应后核子比结合能)核子数.,【典例4】 (2017江苏卷,12C)(多选)原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断正确的有( ),BC,方法技巧 核能求解的思路方法 (1)应用质能方程解题的流程图,书写核
