高考物理一輪復(fù)習(xí)選修3動(dòng)量守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)和原子核第3講原子結(jié)構(gòu)和原子核ppt課件

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第3講 原子結(jié)構(gòu) 原子核,原子物理知識(shí)結(jié)構(gòu),1．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)了電子． (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家_________和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿_____方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來．,氫原子光譜 氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式 (考綱要求 Ⅰ),湯姆孫,盧瑟福,原來,(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的 和幾乎全部 都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 2．光譜 (1)光譜 用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開，獲得光的 (頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜．,正電荷,質(zhì)量,波長(zhǎng),亮線 或暗線,光帶,3．玻爾理論 (1)定態(tài)：原子只能處于一系列 的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是 的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量． (2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝ .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s),不連續(xù),穩(wěn)定,Em－En,(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)．原子的定態(tài)是 的，因此電子的可能軌道也是 的． 4．氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式 (1)氫原子的能級(jí) 能級(jí)圖如圖3－1所示,不連續(xù),不連續(xù),,圖3－1,判斷正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”． (1)盧瑟福做α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)α粒子絕大多數(shù)穿過只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)． ( ) (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上． ( ) (3)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子輻射的光子能量為hν＝En. (4)氫原子吸收光子后，將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷．( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)×,1．原子核的組成：原子核是由 和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的 ． 2．天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象 元素 地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明 具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．,原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 放射性同位素 (考綱要求 Ⅰ ),質(zhì)子,質(zhì)子數(shù),自發(fā),原子核,(2)放射性和放射性元素 物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫 ．具有放射性的元素叫 元素． (3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是________、 、 ． (4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù) ①放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同． ②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作 等． ③防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害．,放射性,放射性,α射線,β射線,γ射線,天然,人工,示蹤原子,原子核,原子核,半數(shù),物理,化學(xué)狀態(tài),1. 核力 (1)定義： 原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力． (2)特點(diǎn)： ①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)； ②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)； ③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用．,核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損 (考綱要求 Ⅰ),2．結(jié)合能 核子結(jié)合為原子核時(shí) 的能量或原子核分解為核子時(shí)_____的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能． 3．比結(jié)合能 (1)定義： 原子核的結(jié)合能與 之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能．,釋放,吸收,核子數(shù),(2)特點(diǎn)： 不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越 ． 4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程E＝ ，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損．由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝ .,穩(wěn)定,mc2,Δmc2,裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆核反應(yīng)方程 (考綱要求 Ⅰ),大于等于,3,質(zhì)量較大,熱核反應(yīng),2．核反應(yīng)的四種類型,判斷正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”． (1)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)不變． ( ) (2)核力是弱相互作用，作用力很?。?( ) (3)氡的半衰期為3.8天，若取4個(gè)氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個(gè)原子核了． ( ) (4)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒． ( ) (5)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化． ( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×,射線的危害和防護(hù) (考綱要求 Ⅰ),1．[2013·福建理綜，30(1)]在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是________．(填選圖下方的字母),基礎(chǔ)自測(cè),,解析 金箔中的原子核與α粒子都帶正電，α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯(cuò)誤；由原子核對(duì)α粒子的斥力作用，及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，知曲線軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向受力一方，選項(xiàng)B錯(cuò)、C對(duì)． 答案 C,2．對(duì)于原子光譜，下列說法正確的是 ( )． A．原子光譜是不連續(xù)的 B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的 C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同 D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素,解析 原子光譜為線狀譜，選項(xiàng)A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；根據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)的組成，選項(xiàng)D正確． 答案 ACD,3．根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是 ( )． A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波 B．處于定態(tài)的原子，其電子繞核運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量 C．原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的 D．原子能級(jí)躍遷時(shí)，輻射或吸收光子的能量取決于兩個(gè)軌道的能量差,解析 根據(jù)玻爾理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，但并不向外輻射能量，也不會(huì)向外輻射電磁波，故A錯(cuò)誤，B正確．玻爾理論中的第二條假設(shè)，就是電子繞核運(yùn)動(dòng)可能的軌道半徑是量子化的，不連續(xù)的，C正確．原子在發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，要放出或吸收一定頻率的光子，光子能量取決于兩個(gè)能級(jí)之差，故D正確． 答案 BCD,4．在存放放射性元素時(shí)，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于鉛盒中；③與輕核元素結(jié)合成化合物．則 ( )． A．措施①可減緩放射性元素衰變 B．措施②可減緩放射性元素衰變 C．措施③可減緩放射性元素衰變 D．上述措施均無法減緩放射性元素衰變 解析 放射性元素的衰變快慢由其原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，與外界因素?zé)o關(guān)，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確． 答案 D,5．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近( )． A．1036 kg B．1018 kg C．1013 kg D．109 kg,解析 核反應(yīng)類型分四種，方程特點(diǎn)各有不同，衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個(gè)輕核反應(yīng)，右邊是中等原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應(yīng)，右邊是中等原子核．人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項(xiàng)正確． 答案 BD,1．能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說明,熱點(diǎn)一 氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷,2. 定態(tài)間的躍遷——滿足能級(jí)差． n小→n大吸收能量 hν＝En大－En小． n大→n小放出能量 hν＝En大－En?。?3．電離 電離態(tài)與電離能 電離態(tài)：n＝∞，E＝0 基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV電離能． n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4 eV 如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能．,【典例1】[2013·江蘇單科，12C(2)]根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He＋)的能級(jí)圖如圖3－2所示．電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離________(選填“近”或“遠(yuǎn)”)．當(dāng)大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于躍遷所發(fā)射的譜線有________條．,,圖3－2,答案 近 6,【跟蹤短訓(xùn)】 1．已知金屬鈣的逸出功為2.7 eV，氫原子的能級(jí)圖如圖3－3所示，一群氫原子處于量子數(shù)為n＝4的能級(jí)狀態(tài)，則下列說法中正確的是 ( )．,,圖3－3,A．氫原子可能輻射6種頻率的光子 B．氫原子可能輻射5種頻率的光子 C．有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng) D．有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng) 解析 從n＝4能級(jí)躍遷可能產(chǎn)生的光子為6種；若產(chǎn)生光電效應(yīng)，則光子的能量需要大于2.7 eV，此時(shí)只有第4能級(jí)躍遷到第1能級(jí)、第3能級(jí)躍遷到第1能級(jí)、第2能級(jí)躍遷到第1能級(jí)，這3種頻率的光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)． 答案 AC,1．衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì) (1)α衰變和β衰變的比較,熱點(diǎn)二 原子核的衰變及半衰期,(2)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的． 2．衰變次數(shù)的確定方法 因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．,解析 設(shè)原子核衰變過程中發(fā)生了n次α衰變，m次β衰變，由核衰變規(guī)律及衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒得4n＝238－206,2n－m＝92－82，解得n＝8，m＝6，故A正確． 答案 A,熱點(diǎn)三 核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型的判斷,解析 根據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒可知，a＋b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235＋1－2＝234，質(zhì)子數(shù)應(yīng)為92，A項(xiàng)中的質(zhì)量數(shù)為140＋93＝233，B項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)是141＋92＝233，C項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為141＋93＝234，質(zhì)子數(shù)為56＋38＝94，D項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為140＋94＝234，質(zhì)子數(shù)為54＋38＝92，綜上可知，答案為D. 答案 D,反思總結(jié) 對(duì)書寫核反應(yīng)方程式的理解 (1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接． (2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程． (3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化． (4)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒．,解析 β衰變時(shí)釋放出電子( 0－1e)，α衰變時(shí)釋放出氦原子核(He)，可知選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；選項(xiàng)A中一個(gè)氚核和一個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項(xiàng)C中一個(gè)U 235原子核吸收一個(gè)中子，生成一個(gè)Ba原子核和一個(gè)Kr原子核并釋放出三個(gè)中子是核裂變反應(yīng)，A、C正確． 答案 AC,熱點(diǎn)四 質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算 1．核能 (1)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2. (2)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2.,2．核能釋放的兩種途徑的理解 (1)使較重的核分裂成中等大小的核． (2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會(huì)增加，都可以釋放能量．,反思總結(jié) 解有關(guān)核能問題的技巧 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算：ΔE＝Δmc2及1 u相當(dāng)于931.5 MeV. (2)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒計(jì)算． (3)在計(jì)算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應(yīng)所釋放能量時(shí)用阿伏加德羅常數(shù)來計(jì)算核能．,附：對(duì)應(yīng)高考題組 1．(2013·天津理綜，1)下列說法正確的是 ( )． A．原子核發(fā)生衰變時(shí)要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律 B．α射線、β射線、γ射線都是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流 C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子 D．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的動(dòng)能只與入射光的強(qiáng)度有關(guān),解析 原子核發(fā)生衰變時(shí)有質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，選項(xiàng)A錯(cuò)．γ射線是光子流，不是帶電粒子流，選項(xiàng)B錯(cuò)．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，輻射的光子能量hν＝Em－En，即只能輻射特定頻率的光子，C項(xiàng)正確．光電效應(yīng)的光電子動(dòng)能Ek＝hν－W，只與入射光頻率有關(guān)，而與入射光強(qiáng)度無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案 C,2．(2012·北京理綜，13)一個(gè)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，該氫原子 ( )． A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量減少 C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量減少 解析 根據(jù)玻爾原子理論知，氫原子從高能級(jí)n＝3向低能級(jí)n＝2躍遷時(shí)，將以光子形式放出能量，放出光子后原子能量減少，故B選項(xiàng)正確． 答案 B,3．(2012·天津理綜，1)下列說法正確的是 ( )． A．采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期 B．由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)放出光子 C．從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透能力 D．原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量,解析 放射性元素的半衰期由元素的原子核來決定，與元素以單質(zhì)或化合物的形式存在無關(guān)，與壓強(qiáng)、溫度無關(guān)，即與化學(xué)、物理狀態(tài)無關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤．由玻爾理論可知，氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程放出光子，B項(xiàng)正確．從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紅外線良好的穿透能力，C項(xiàng)錯(cuò)誤．核子結(jié)合成原子核放出核能，因此核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于結(jié)合成原子核時(shí)核的質(zhì)量，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案 B,答案 B,解析 α射線是氦核流，A錯(cuò)誤.n表示的是中子，B錯(cuò)誤．由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W知Ekm與ν成線性關(guān)系，C錯(cuò)誤．玻爾的量子化原子模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)一是原子的穩(wěn)定性，二是原子光譜的分立特征，故D正確． 答案 D,答案 C,7．(2012·四川理綜，17)如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，則氫原子 ( )．,,A．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)比從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng) B．從n＝5能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)比從n＝5能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)輻射出電磁波的速度大 C．處于不同能級(jí)時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 D．從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子核一定向外放出能量,解析 因?yàn)镋4－E3＝0.66 eVE3－E2＝1.89 eV，根據(jù)c＝λν和hν＝Em－En得，從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)比從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確；電磁波在真空中的傳播速度都相等，與光子的頻率無關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氫原子的核外電子處于不同能級(jí)時(shí)在各處出現(xiàn)的概率是不同的，能級(jí)越低，在靠近原子核較近的地方出現(xiàn)概率越大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，是氫原子核外的電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)向外放出的能量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案 A,8．(2012·江蘇，12C)如圖所示是某原子的能級(jí)圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長(zhǎng)的光．在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中，譜線從左向右的波長(zhǎng)依次增大，則正確的是 ( )．,,,答案 C,