2019年度高考物理一輪復習-第十二章-近代物理初步-第2講-原子和原子核課件

第十二章近代物理初步第2講原子和原子核過好雙基關(guān)一、原子物理1.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)1909～1911年，英籍物理學家

進行了α粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型.(2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有

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”，如圖1所示.圖1盧瑟福少數(shù)(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積

，但幾乎占有全部

，電子在正電體的外面運動.很小質(zhì)量2.氫原子光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的

(頻率)和強度分布的記錄，即光譜.(2)光譜分類波長連續(xù)吸收特征(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的

可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高.在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義.特征譜線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，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量.(2)躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝

.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(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動相對應.原子的定態(tài)是

，因此電子的可能軌道也是

.不連續(xù)穩(wěn)定Em－En不連續(xù)的不連續(xù)的4.氫原子的能量和能級變遷(1)能級和半徑公式：①能級公式：En＝

(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝

eV.②半徑公式：rn＝

(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m.－13.6n2r1(2)氫原子的能級圖，如圖2所示圖2答案自測1

(多選)如圖3所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是A.放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃

光次數(shù)最多B.放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C.放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D.放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少√圖3√√解析解析根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，A、B、D正確.答案自測2一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，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√二、天然放射現(xiàn)象和原子核1.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

發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有

的結(jié)構(gòu).(2)放射性同位素的應用與防護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性質(zhì)相同.②應用：消除靜電、工業(yè)探傷、做

等.③防護：防止放射性對人體組織的傷害.自發(fā)貝可勒爾復雜天然人工示蹤原子2.原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為

.質(zhì)子帶正電，中子不帶電.(2)基本關(guān)系①核電荷數(shù)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝

.②質(zhì)量數(shù)(A)＝

＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù).(3)X元素的原子核的符號為X，其中A表示

，Z表示核電荷數(shù).核子核外電子數(shù)核子數(shù)質(zhì)量數(shù)3.原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種

的變化稱為原子核的衰變.②分類原子核當放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射.(2)半衰期①定義：放射性元素的原子核有

發(fā)生衰變所需的時間.②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核

自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系.(3)公式：N余＝N原·，m余＝m原·.半數(shù)內(nèi)部4.核力和核能(1)原子核內(nèi)部，

所特有的相互作用力.(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應的能量ΔE＝

.(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝

.核子間Δmc2Δmc2答案自測3

(2015·福建理綜·30(1))下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認識，其中正確的是A.γ射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D.

Bi的半衰期是5天，100克Bi經(jīng)過10天后還剩下50克√解析解析β射線是高速電子流，而γ射線是一種電磁波，選項A錯誤.氫原子輻射光子后，繞核運動的電子距核更近，動能增大，選項B正確.太陽輻射能量的主要來源是太陽內(nèi)部氫核的聚變，選項C錯誤.研透命題點命題點一玻爾理論和能級躍遷基礎(chǔ)考點自主悟透2.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－(－13.6eV)＝13.6eV.激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－En＝|En|.若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能.例1

(多選)(2017·江西南昌檢測)如圖4所示是氫原子的能級圖，現(xiàn)有大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷，所輻射的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應.以下判斷正確的是A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n＝3躍遷到基態(tài)時

輻射的光子B.若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n＝3躍遷到低能級，可輻射出3種頻率的光子C.若氫原子從激發(fā)態(tài)n＝4躍遷到基態(tài)，輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn)

生光電效應D.若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n＝4躍遷到低能級，則會有3種光子使該金屬產(chǎn)

生光電效應圖4答案√√√變式1

(多選)如圖5是氫原子的能級圖，一群氫原子處于n＝3能級，下列說法中正確的是A.這群氫原子躍遷時能夠發(fā)出3種不同頻率的波B.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2eVC.從n＝3能級躍遷到n＝2能級時發(fā)出的光波長最長D.這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能

級躍遷答案解析√圖5√由n＝3躍遷到n＝1，輻射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51)eV＝12.09eV，故B錯誤；從n＝3躍遷到n＝2輻射的光子能量最小，頻率最小，則波長最長，故C正確；一群處于n＝3能級的氫原子發(fā)生躍遷，吸收的能量必須等于兩能級的能級差，故D錯誤.1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)α衰變、β衰變的比較

命題點二原子核的衰變及半衰期能力考點師生共研衰變類型α衰變β衰變衰變過程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒(2)γ射線：γ射線經(jīng)常伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生.其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.2.確定衰變次數(shù)的方法因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，所以先由質(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).3.半衰期(1)公式：N余＝N原

，m余＝m原.(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).例2

(2017·全國卷Ⅱ·15)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為

，下列說法正確的是A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案解析√解析靜止的鈾核在α衰變過程中，滿足動量守恒的條件，根據(jù)動量守恒定律得pTh＋pα＝0，即釷核的動量和α粒子的動量大小相等，方向相反，選項B正確；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個α粒子不適用，選項C錯誤；鈾核在衰變過程中，伴隨著一定的能量放出，即衰變過程中有一定的質(zhì)量虧損，故衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，選項D錯誤.變式2

(2017·湖南長沙三月模擬)一個靜止的鈾核，放在勻強磁場中，它發(fā)生一次α衰變后變?yōu)殁Q核，α粒子和釷核都在勻強磁場中做勻速圓周運動.某同學作出如圖6所示運動徑跡示意圖，以下判斷正確的是A.1是α粒子的徑跡，2是釷核的徑跡B.1是釷核的徑跡，2是α粒子的徑跡C.3是α粒子的徑跡，4是釷核的徑跡D.3是釷核的徑跡，4是α粒子的徑跡答案解析圖6√變式3

(2017·山西五校四聯(lián))在很多裝飾材料中，都不同程度地含有放射性元素.下列說法正確的是A.α射線、β射線和γ射線都是電磁波B.在α、β、γ三種射線中，γ射線的電離能力最強C.氡的半衰期為3.8天，4個氡原子核經(jīng)過7.6天后一定只剩下1個氡原子核D.放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時

產(chǎn)生的答案解析√在α、β、γ三種射線中，α射線的電離能力最強，γ射線的電離能力最弱，B項錯誤.半衰期是對大量原子核的衰變行為作出的統(tǒng)計規(guī)律，對于少數(shù)原子核無意義，C項錯誤.1.核反應的四種類型

命題點三核反應及核反應類型基礎(chǔ)考點自主悟透(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向.(3)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.例3

(1)關(guān)于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有________.答案解析√解析A為α衰變，B為原子核的人工轉(zhuǎn)變，C為輕核聚變，D為β衰變，故只有D正確.(2)現(xiàn)有四個核反應：答案解析①____是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程，____是研究原子彈的基本核反應方程，____是研究氫彈的基本核反應方程.DBA解析D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程；B是研究原子彈的基本核反應方程；A是研究氫彈的基本核反應方程；C是一種衰變反應.答案解析②B項中X的質(zhì)量數(shù)為_____，中子數(shù)為____.解析X的質(zhì)量數(shù)為(235＋1)－(89＋3)＝144X的質(zhì)子數(shù)為92－36＝56X的中子數(shù)為144－56＝88.14488解析②X的質(zhì)量數(shù)為(235＋1)－(89＋3)＝144X的質(zhì)子數(shù)為92－36＝56X的中子數(shù)為144－56＝88.變式4

(2017·天津理綜·1)如圖7所示，我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻.下列核反應方程中屬于聚變反應的是答案解析圖7√答案解析B.核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C.核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒D.核反應前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應物的質(zhì)量之和√√核反應過程中釋放的核力遠遠大于外力，故系統(tǒng)動量守恒，B正確；核反應過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；由于反應過程中，要釋放大量的能量，伴隨著質(zhì)量虧損，所以生成物的質(zhì)量小于反應物的質(zhì)量之和，D錯誤.答案解析變式6

(2016·全國卷Ⅱ·35(1))在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是____，屬于β衰變的是_____，屬于裂變的是____，屬于聚變的是____.(填正確答案標號)CABEF1.利用質(zhì)能方程計算核能(1)根據(jù)核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質(zhì)量虧損Δm.(2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能.質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”.(3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV計算ΔE，此時ΔE的單位為“MeV”，即1u＝1.6606×10－27kg，相當于931.5MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應用.

命題點四質(zhì)量虧損及核能的計算能力考點師生共研2.利用比結(jié)合能計算核能原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù).核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能.答案解析√解析根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.0035u，則ΔE＝0.0035×931MeV＝3.2585MeV≈3.3MeV，故B正確，A、C、D錯誤.例5

(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖8所示.根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有答案解析√√圖8變式7用放射源釙放出的α射線轟擊鈹

Be時，能放出一種穿透力極強的中性射線，這就是所謂的鈹“輻射”.1932年，英國物理學家查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氮(氫和氮可視為靜止)，測得照射后沿鈹“輻射”方向高速運動的氫核和氮核的速度之比為7∶1.查德威克假設鈹“輻射”是由一種質(zhì)量不為零的中性粒子構(gòu)成的，從而通過上述實驗在歷史上首次發(fā)現(xiàn)了中子，為人類確定原子核的結(jié)構(gòu)做出了重要貢獻.若已知α粒子的質(zhì)量為4.001509u，中子的質(zhì)量為1.008665u，鈹核的質(zhì)量為9.01219u，碳核的質(zhì)量為12.00000u，試確定核反應中所釋放的核能為多少？答案4.7MeV答案解析變式8已知氘核的比結(jié)合能為1.1MeV，氦核的比結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時A.釋放出4.9MeV的能量B.釋放出6.0MeV的能量C.釋放出24.0MeV的能量D.吸收4.9MeV的能量答案解析√課時作業(yè)1.(多選)下列說法正確的是A.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)B.一群處于n＝3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時能發(fā)出最多3種不同頻

率的光C.放射性元素發(fā)生一次β衰變，原子序數(shù)增加1D.

U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短答案12345678910111213雙基鞏固練14√√2.在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看做靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是答案解析1234567891011121314√1234567891011121314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；由原子核對α粒子的斥力作用及物體做曲線運動的條件知曲線軌跡的凹側(cè)應指向α粒子所受力的方向，B錯，C對.3.下列說法正確的是A.是一種核裂變反應B.核反應堆產(chǎn)生的能量一定來自輕核聚變C.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應D.盧瑟福為解釋α粒子散射實驗現(xiàn)象提出了原子核式結(jié)構(gòu)學說答案1234567891011121314√4.關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是A.若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變大B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r產(chǎn)生的C.在α、β、γ這三種射線中，α射線的穿透能力最強，γ射線的電離能力最強D.鈾核(

U)衰變?yōu)殂U核(

Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變答案12345678910111213√145.(多選)下列說法正確的是A.天然放射性現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu)B.α粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu)C.原子核發(fā)生β衰變生成的新核原子序數(shù)增加D.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到

基態(tài)輻射出的光子的波長答案12345678910111213√√14解析解析天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu)，A正確.α粒子散射實驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，B錯誤.根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，β衰變放出了一個電子，新核的電荷數(shù)增加1，即原子序數(shù)增加，C正確.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的能量，故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長，D錯誤.12345678910111213146.(多選)(2014·新課標全國卷Ⅰ·35(1)改編)關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是A.所有元素都可能發(fā)生衰變B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D.α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強答案12345678910111213√√解析14√解析自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象，選項A錯誤；放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他因素無關(guān)，選項B、C正確；α、β和γ三種射線電離能力依次減弱，穿透能力依次增強，選項D正確.7.(2017·天津和平質(zhì)量調(diào)查)下列說法正確的是A.盧瑟福用α粒子轟擊N核獲得反沖核O發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子B.普朗克通過對光電效應現(xiàn)象的分析提出了光子說C.玻爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究提出了氫原子能級理論D.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子從而提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型答案解析1234567891011121314√解析光子說是愛因斯坦提出的，B錯誤.玻爾通過對氫原子光譜的成因的研究提出了氫原子能級理論，C項錯誤.盧瑟福通過α粒子的散射實驗，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，D項錯誤.答案解析1234567891011121314√12345678910111213解析原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，235＝4m＋207,92＝82＋2m－n，兩式聯(lián)立解得：m＝7，n＝4，A項錯誤.14半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，與溫度和壓強無關(guān)，D項錯誤.答案解析1234567891011121314綜合提升練√√解析根據(jù)核反應方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷出X為

e，所以此反應為β衰變，A正確；1234567891011121314利用半衰期公式m余＝

m原，解得m余＝2g，則D錯誤.10.用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2和ν3的三條譜線，且ν3＞ν2＞ν1，則A.ν0＜ν1 B.ν3＝ν2＋ν1C.ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.答案1234567891011121314√11.處于激發(fā)狀態(tài)的原子，在入射光的電磁場的影響下，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射.原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子頻率、發(fā)射方向等都跟入射光子完全一樣，這樣使光得到加強，這就是激光產(chǎn)生的機理.那么，發(fā)生受激輻射時，產(chǎn)生激光的原子的總能量E、電勢能Ep、電子動能Ek的變化情況是A.Ep增大、Ek減小，E減小

B.Ep減小、Ek增大，E減小C.Ep增大、Ek增大，E增大 D.Ep減小、Ek增大，E不變12345678910111213答案14√12.(多選)以下有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，正確的是A.紫外線照射到金屬鋅板表面時能發(fā)生光電效應，則當增大紫外線的照

射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B.玻爾認為，原子