2013屆高考一輪物理復(fù)習(xí)選修3-5碰撞與動量守恒-波粒二象性-原子結(jié)構(gòu)第3講-原子結(jié)構(gòu)-原子核-(教科版)

2013屆高考一輪物理復(fù)習(xí)(fùxí)選修3-5碰撞與動量守恒-波粒二象性-原子結(jié)構(gòu)第3講-原子結(jié)構(gòu)----原子核-(教科版)第一頁，共59頁。原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫通過(tōngguò)對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子．(2)原子的核式結(jié)構(gòu)氫原子的光譜氫原子的能級結(jié)構(gòu)(jiégòu)、能級公式Ⅰ(考綱要求)1．第二頁，共59頁。(2)原子的核式結(jié)構(gòu)①α粒子散射實驗的結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過(chuānɡuò)金箔后，根本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被撞了回來，如圖1－3－1所示．圖1－3－1②盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量(zhìliàng)都集中在原子核里，帶負電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)．③原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為10－15m，原子直徑的數(shù)量級約為10－10m.④原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)．第三頁，共59頁。氫原子光譜(1)氫原子光譜的實驗(shíyàn)規(guī)律(2)玻爾理論①定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然(suīrán)繞核運動，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，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)2．第四頁，共59頁。③軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子(diànzǐ)在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子(diànzǐ)的可能軌道也是不連續(xù)的．氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級①能級圖如圖1－3－2所示圖1－3－23．第五頁，共59頁。②能級圖中相關(guān)量意義(yìyì)的說明相關(guān)量表示意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“－13.6，3.40…”表示氫原子的能級相鄰橫線間的距離表示相鄰的能級差，量子數(shù)越大相鄰的能級差越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷的條件為hν＝Em－En第六頁，共59頁。第七頁，共59頁。第八頁，共59頁。當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減?。环粗?，軌道半徑增大(zēnɡdà)時，電勢能增加．第九頁，共59頁。第十頁，共59頁。天然放射現(xiàn)象、三種射線(1)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)(zìfā)地發(fā)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)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．(2)三種射線的比較原子核的組成(zǔchénɡ)、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素Ⅰ(考綱要求)1．第十一頁，共59頁。

射線名稱比較項目

α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mp

mp＝1．67×10－27kg靜止質(zhì)量為零符號Heγ速度0.1c0.99cc垂直電磁場偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)第十二頁，共59頁。

射線名稱比較項目

α射線β射線γ射線貫穿本領(lǐng)最弱用一張薄紙能擋住較強穿透幾厘米厚的鋁板最強穿透幾厘米厚的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光第十三頁，共59頁。原子核的衰變(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變．(2)分類(fēnlèi)(3)半衰期：放射性元素的原子核有_____發(fā)生衰變所需的時間．半衰期由___________的因素決定，跟原子所處的_______________無關(guān)．2.核內(nèi)部(nèibù)本身物理(wùlǐ)或化學(xué)狀態(tài)半數(shù)第十四頁，共59頁。放射性同位素及應(yīng)用(1)同位素具有相同_______而_______不同的原子核，在元素周期表中處于(chǔyú)同一位置，互稱_______.有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．天然放射性同位素不過四十多種，而人工制造的放射性同位素已達1000多種．(2)放射性同位素的應(yīng)用①放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等．②作示蹤原子．3．質(zhì)子(zhìzǐ)數(shù)中子(zhōngzǐ)數(shù)同位素第十五頁，共59頁。1．衰變規(guī)律(guīlǜ)及實質(zhì)衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒第十六頁，共59頁。2.人造放射性同位素的優(yōu)點(1)放射強度(qiángdù)容易控制；(2)可以制成各種所需的形狀；(3)半衰期很短，廢料容易處理．第十七頁，共59頁。核力核子間的作用力．核力是短程強引力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，只在_____的核子間發(fā)生(fāshēng)作用．核能_____結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的_____能，亦稱核能．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＝_____.核力(hélì)、結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ(考綱要求)1.2．3．相鄰(xiānɡlín)結(jié)合mc2Δmc2核子第十八頁，共59頁。裂變反響和聚變反響(1)重核裂變：是重核分裂成中等質(zhì)量的核的反響過程．如：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反響能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反響，發(fā)生鏈式反響的條件是：裂變物質(zhì)的體積__________臨界體積．裂變的應(yīng)用(yìngyòng)：原子彈、核反響堆．(2)輕核聚變：聚變是兩個輕核結(jié)合成_________的核的反響過程．如：使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫，因此聚變又叫__________.3裂變反響和聚變(jùbiàn)反響、裂變反響堆核反響方程Ⅰ(考綱要求)1.3大于等于(děngyú)質(zhì)量較大熱核反響第十九頁，共59頁。核反響(fǎnxiǎng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變比較容易進行人工控制輕核聚變很難控制2．第二十頁，共59頁。污染與防護舉例與措施說明污染核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強烈的γ射線和中子流，長期存在放射性污染核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使用放射性原材料，一旦泄露就會造成嚴重污染醫(yī)療照射醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人的死亡防護密封防護把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊的方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護距放射源越遠，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護盡量減少受輻射的時間屏蔽防護在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用．鉛的屏蔽作用最好射線的危害和防護(fánghù)Ⅰ(考綱要求)第二十一頁，共59頁。第二十二頁，共59頁。關(guān)于原子結(jié)構(gòu)(jiégòu)理論與α粒子散射實驗的關(guān)系，以下說法正確的選項是 ()．A．盧瑟福做α粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫的棗糕模型是錯誤的B．盧瑟福認識到湯姆孫“棗糕模型〞的錯誤后提出了“核式結(jié)構(gòu)(jiégòu)〞理論C．盧瑟福的α粒子散射實驗是為了驗證核式結(jié)構(gòu)(jiégòu)理論的正確性D．盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)(jiégòu)〞理論答案D1．第二十三頁，共59頁。答案(dáàn)D2．第二十四頁，共59頁。氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，那么3種力從大到小的排列順序是 ()．A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力解析核力是核子之間的一種強相互作用，其相互作用力巨大，兩核子之間的萬有引力極其微小，所以我們在平時的計算(jìsuàn)時不考慮．答案D3．第二十五頁，共59頁。解析核反響類型分四種，方程特點各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個輕核反響，右邊是中等原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反響，右邊是中等原子核．人工(réngōng)核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反響，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項正確．答案BD第二十六頁，共59頁。現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自(láizì)于 ()．A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學(xué)反響放出的能量解析現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾，利用鈾裂變放出的核能發(fā)電，故C項正確．答案C5．根據(jù)玻爾理論，在氫原子中量子數(shù)n越大，那么(nàme)()．A．電子軌道半徑越小 B．核外電子速度越小C．原子能級能量越小 D．原子的電勢能越小答案B6．第二十七頁，共59頁。如圖1－3－3(甲)是α、β、γ三種射線穿透能力的示意圖，圖1－3－3(乙)是工業(yè)上利用(lìyòng)射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部的傷痕的示意圖，請問圖1－3－3(乙)中的檢查是利用(lìyòng)了哪種射線 ()．圖1－3－37．A．α射線 B．β射線C．γ射線 D．三種射線都可以(kěyǐ)答案C第二十八頁，共59頁。(2011·從化模擬(mónǐ))可見光光子的能量在1.61eV～3.10eV范圍內(nèi)．假設(shè)氫原子從高能級躍遷到低能級，根據(jù)氫原子能級圖(如圖1－3－4所示)可判斷 ()．圖1－3－48．第二十九頁，共59頁。A．從n＝4能級躍遷(yuèqiān)到n＝3能級時發(fā)出可見光B．從n＝3能級躍遷(yuèqiān)到n＝2能級時發(fā)出可見光C．從n＝2能級躍遷(yuèqiān)到n＝1能級時發(fā)出可見光D．從n＝4能級躍遷(yuèqiān)到n＝1能級時發(fā)出可見光解析發(fā)出可見光的能量hν＝|En－Em|，故四個選項中，只有B選項的能級差在1.61eV～3.10eV范圍內(nèi)，故B選項正確．答案B第三十頁，共59頁。太陽的能量來自下面(xiàmian)的反響：四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個α粒子，同時發(fā)射出兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子．α粒子的質(zhì)量為mα，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，電子的質(zhì)量為me，那么NA表示阿伏加德羅常數(shù)，用c表示光速，那么太陽上1kg的氫核聚變成α粒子所放出的能量為()．A．125(4mp－mα－2me)NAc2B．250(4mp－mα－2me)NAc2C．500(4mp－mα－2me)NAc2D．1000(4mp－4mα－2me)NAc29．第三十一頁，共59頁。答案(dáàn)B第三十二頁，共59頁。在未來的中國，從沿海的廣東、浙江、福建到內(nèi)陸的湖北、湖南、江西，幾十座核電站將拔地而起．開展核電既是中國開展突破能源、交通、環(huán)保(huánbǎo)瓶頸的上策，也符合國務(wù)院總理溫家寶在?政府工作報告?中關(guān)于“節(jié)能減排〞的號召．以下關(guān)于核電站的說法中正確的選項是 ()．10．第三十三頁，共59頁。答案(dáàn)D第三十四頁，共59頁。如圖1－3－5所示，氫原子從n>2的某一能級躍遷到n＝2的能級，輻射出能量為2.55eV的光子．問：(1)最少要給基態(tài)(jītài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？(2)請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖．考點(kǎodiǎn)一能級躍遷問題【典例1】圖1－3－5第三十五頁，共59頁。解析(1)氫原子從n>2的某一能級躍遷到n＝2的能級，輻射光子的頻率(pínlǜ)應(yīng)滿足：hν＝En－E2＝2.55eV，En＝hν＋E2＝－0.85eV所以，n＝4，基態(tài)氫原子要躍遷到n＝4的能級，應(yīng)提供：ΔE＝E4－E1＝12.75eV.(2)輻射躍遷圖如答案圖所示．答案(1)12.75eV(2)第三十六頁，共59頁。(1)量子數(shù)為n的氫原子輻射光子的可能頻率的判定方法：如果是一個氫原子，向低能級躍遷(yuèqiān)時最多發(fā)出的光子數(shù)為(n－1)．如果是一群氫原子，向低能級躍遷(yuèqiān)時最多發(fā)出的光子數(shù)的(2)理解氫原子能級圖，量子數(shù)越大，相鄰能級差越小，發(fā)出光子波長越長．第三十七頁，共59頁。圖1－3－6所示為氫原子的四個能級，其中E1為基態(tài)，假設(shè)氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，那么以下說法正確的選項是 ()．A．原子A可能輻射出3種頻率的光子B．原子B可能輻射出3種頻率的光子C．原子A能夠(nénggòu)吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D．原子B能夠(nénggòu)吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4【變式1】圖1－3－6第三十八頁，共59頁。解析此題考查對玻爾理論的理解及推理能力．原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1，只輻射一種(yīzhǒnɡ)頻率的光子，A錯．原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射三種頻率的光子，B對．由原子能級躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯．A原子發(fā)出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能躍遷到能級E4，D錯．答案B第三十九頁，共59頁。以下說法正確(zhèngquè)的選項是 ()．A．①是裂變，②是β衰變，③是聚變B．①是聚變，②是裂變，③是β衰變C．①是β衰變，②是裂變，③是聚變D．①是β裂變，②是聚變，③是裂變考點(kǎodiǎn)二核反響方程及核反響類型的判斷【典例2】第四十頁，共59頁。(2)現(xiàn)有四個核反響：①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反響方程，________是研究原子彈的根本(gēnběn)核反響方程，________是研究氫彈的根本(gēnběn)核反響方程．②求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)．第四十一頁，共59頁。(2)①人工轉(zhuǎn)變方程的特點是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核．箭頭的右邊也是常見元素的原子核．D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反響方程，B是裂變反響，是研究原子彈的核反響方程．A是聚變反響，是研究氫彈的核反響方程．②由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以(kěyǐ)判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為144－56＝88.答案(1)C(2)①DBA②14488第四十二頁，共59頁。三個原子核X、Y、Z，X核放出一個正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生(fāshēng)核反響后生成Z核并放出一個氦核(He)，那么下面說法正確的選項是 ()．A．X核比Z核多一個質(zhì)子B．X核比Z核少一個中子C．X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大3D．X核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍【變式2】第四十三頁，共59頁。答案(dáàn)CD第四十四頁，共59頁。反響方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位(dānwèi)u為單位(dānwèi))．1u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.3×102MeV，此裂變反響釋放出的能量是________MeV.考點(kǎodiǎn)三核能的計算【典例3】第四十五頁，共59頁。解析由題給核反響方程及其下面的數(shù)據(jù)可知：裂變之前的總質(zhì)量為：235.0439u＋1.0087u＝236.0526u，裂變之后的總質(zhì)量為：138．9178u＋93.9154u＋3×1.0087u＝235.8593u，質(zhì)量虧損(kuīsǔn)為：Δm＝236.0526u－235.8593u＝0.1933u.因為1u的質(zhì)量對應(yīng)的能量約為9.3×102MeV