2012高考總復(fù)習(xí)物理課件50-原子結(jié)構(gòu)

2012高考(ɡāokǎo)總復(fù)習(xí)物理課件50-原子結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共43頁(yè)。內(nèi)容要求氫原子光譜Ⅰ氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式Ⅰ原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反應(yīng)方程Ⅰ結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆Ⅰ放射性的防護(hù)Ⅰ第二頁(yè)，共43頁(yè)。高考對(duì)該局部知識(shí)要求較低，但每年均有試題涉及．其中氫原子能級(jí)和核反響方程和質(zhì)能方程等命題頻率較高．其次對(duì)物理學(xué)史、著名(zhùmíng)實(shí)驗(yàn)和重要的物理學(xué)理論等，近幾年高考中也時(shí)有出現(xiàn)，其他知識(shí)點(diǎn)，試題呈交替出現(xiàn)情況．因此，對(duì)本章的復(fù)習(xí)應(yīng)注意既突出重點(diǎn)，又不丟細(xì)節(jié)．第三頁(yè)，共43頁(yè)。本章的重點(diǎn)是：氫原子能級(jí)原子核的人工轉(zhuǎn)變，原子核的組成和核能．難點(diǎn)是：核能和核反響方程的書(shū)寫(xiě)．宏觀領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律在微觀領(lǐng)域遇到(yùdào)嚴(yán)重的障礙，微觀領(lǐng)域問(wèn)題的研究方法是：從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，提出假設(shè)，建立模型，再經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，并發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，從而對(duì)假設(shè)進(jìn)行修正，如此循環(huán)，使人類(lèi)的認(rèn)識(shí)不斷進(jìn)步．第四頁(yè)，共43頁(yè)。課時(shí)(kèshí)50原子結(jié)構(gòu)第五頁(yè)，共43頁(yè)?？键c(diǎn)一原子(yuánzǐ)的核式結(jié)構(gòu)模型?根底梳理?1．湯姆孫研究陰極射線用測(cè)定粒子比荷的方法發(fā)現(xiàn)了電子．電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子(yuánzǐ)是可分的．湯姆孫原子(yuánzǐ)模型：原子(yuánzǐ)里面帶正電荷的物質(zhì)均勻分布在整個(gè)原子(yuánzǐ)球體中，而帶負(fù)電的電子那么一粒粒鑲嵌在球內(nèi)．第六頁(yè)，共43頁(yè)。2．盧瑟福的α粒子(lìzǐ)散射實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1)：主要由放射源、金箔、熒光屏、放大鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)幾局部組成，熒光屏和放大鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以觀察到穿過(guò)金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的α粒子(lìzǐ)．圖1第七頁(yè)，共43頁(yè)。3．α粒子散射(sǎnshè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后根本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)．如圖2所示．圖2第八頁(yè)，共43頁(yè)。4．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)．5．從α粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)估算(ɡūsuàn)出原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，而原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m.第九頁(yè)，共43頁(yè)。?疑難詳析?為什么用α粒子的散射現(xiàn)象可以研究原子的結(jié)構(gòu)？原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法無(wú)法探測(cè)它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)．要認(rèn)識(shí)原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對(duì)它進(jìn)行轟擊．由于α粒子具有足夠的能量，可以接近原子的中心，它還可以使熒光物質(zhì)發(fā)光，如果α粒子與其他(qítā)粒子發(fā)生相互作用，改變了運(yùn)動(dòng)的方向，熒光屏便能夠顯示出它的方向變化．因此盧瑟福采用α粒子散射的方法來(lái)研究原子的結(jié)構(gòu)．第十頁(yè)，共43頁(yè)。?深化拓展?建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的幾個(gè)要點(diǎn)：1．電子不可能使α粒子發(fā)生大角度散射．α粒子跟電子碰撞過(guò)程中，兩者動(dòng)量的變化量相等．由于(yóuyú)α粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300倍，在碰撞前后，質(zhì)量大的α粒子速度幾乎不變，而質(zhì)量小的電子速度要發(fā)生改變．因此，α粒子與電子正碰時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)被反彈回來(lái)的現(xiàn)象．發(fā)生非對(duì)心碰撞時(shí)，α粒子也不會(huì)有大角度的偏轉(zhuǎn)．可見(jiàn)，電子使α粒子在速度的大小和方向上的改變都是十分微小的．第十一頁(yè)，共43頁(yè)。2．按照湯姆孫的原子模型，正電荷在原子內(nèi)部均勻地分布，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，由于粒子兩側(cè)正電荷對(duì)它的斥力有相當(dāng)大一局部互相抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力也不會(huì)(bùhuì)很大．α粒子的大角度散射現(xiàn)象，說(shuō)明了湯姆孫模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況．3．實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，說(shuō)明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用．第十二頁(yè)，共43頁(yè)。4．金箔的厚度大約是1mm，金原子(yuánzǐ)的直徑大約是3×10－10m.絕大多數(shù)α粒子在穿過(guò)金箔時(shí)，相當(dāng)于穿過(guò)幾千個(gè)金原子(yuánzǐ)的厚度，但它們的運(yùn)動(dòng)方向卻沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了α粒子在穿過(guò)時(shí)根本上沒(méi)有受到力的作用，說(shuō)明原子(yuánzǐ)中的絕大局部是空的，原子(yuánzǐ)的質(zhì)量和電量都集中在體積很小的核上．第十三頁(yè)，共43頁(yè)?？键c(diǎn)二氫原子光譜、玻爾的原子模型?根底梳理?1．光譜：復(fù)色光經(jīng)過(guò)色散以后(yǐhòu)形成的彩色圖案稱(chēng)為光譜．2．發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜．發(fā)射光譜有連續(xù)光譜和明線光譜兩種．連續(xù)光譜由熾熱的固體、液體或高壓氣體所發(fā)的光形成；明線光譜是稀薄氣體或蒸氣發(fā)出的光生成的．原子的特征光譜為明線光譜，不同原子的明線光譜不同．第十四頁(yè)，共43頁(yè)。3．吸收光譜：吸收光譜是溫度很高的光源發(fā)出來(lái)的白光，通過(guò)(tōngguò)溫度較低的蒸氣或氣體后產(chǎn)生的．太陽(yáng)光譜為吸收光譜．4．巴耳末系公式 ，n＝3,4,5……每一個(gè)n值對(duì)應(yīng)氫光譜的一條譜線．里德伯常量R＝1.097×107m－1.第十五頁(yè)，共43頁(yè)。5．玻爾的原子模型：(1)能級(jí)假設(shè)說(shuō)明原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些狀態(tài)叫定態(tài)，具有一定的能量，也叫能級(jí)．能級(jí)假設(shè)是針對(duì)原子的穩(wěn)定性提出(tíchū)的，它成認(rèn)核式模型，但假定原子只能處于一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)中．處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子中的電子，雖做加速運(yùn)動(dòng)但不輻射能量．第十六頁(yè)，共43頁(yè)。(2)躍遷假設(shè)說(shuō)明原子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)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，它說(shuō)明了原子發(fā)光的機(jī)制．(3)軌道假設(shè)說(shuō)明原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道，由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)(liánxù)的，因此電子的軌道也是不連續(xù)(liánxù)的，即電子不能在任意半徑的軌道上運(yùn)行．第十七頁(yè)，共43頁(yè)。6．能級(jí)公式：En＝E1rn＝n2r1(其中E1＝－13.6eV，r1＝0.53×10－10m)(n＝1,2,3……)7．玻爾模型的局限性：玻爾的原子模型能很好地解釋氫原子光譜，但對(duì)其他原子光譜不符合．玻爾理論是一種半經(jīng)典的理論，一方面引入了量子假設(shè)，另一方面又應(yīng)用經(jīng)典理論計(jì)算電子(diànzǐ)軌道半徑和能量．因此，玻爾理論在解釋復(fù)雜的微觀現(xiàn)象時(shí)遇到困難是必然的．第十八頁(yè)，共43頁(yè)。8．建立在量子力學(xué)根底上的原子理論與玻爾原子理論的區(qū)別：根據(jù)量子力學(xué)，核外電子的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而沒(méi)有固定的軌道，我們只能知道它們?cè)诤送饽程幊霈F(xiàn)的幾率大小．核外電子的這種運(yùn)動(dòng)(yùndòng)情況可用“電子云〞來(lái)形象描述．電子云稠密的地方就是電子出現(xiàn)幾率大的地方．第十九頁(yè)，共43頁(yè)。?疑難詳析?巴耳末對(duì)氫原子光譜中可見(jiàn)光區(qū)的14條譜線進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)可用公式 n＝3,4,5……來(lái)表示(biǎoshì)，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際根本符合，巴耳末公式中的n有兩層含義：第一，n取一個(gè)值，可求出氫光譜中一條譜線的波長(zhǎng)，說(shuō)明每一個(gè)n值分別對(duì)應(yīng)一條譜線；第二，n只能取正整數(shù)值3,4,5……不能取連續(xù)值，說(shuō)明了原子光譜波長(zhǎng)的分立性．巴耳末公式說(shuō)明氫光譜譜線之間是有內(nèi)在規(guī)律的．第二十頁(yè)，共43頁(yè)。玻爾理論能夠很好地解釋氫的原子光譜．根據(jù)hν＝Em－En計(jì)算出的頻率跟實(shí)驗(yàn)中觀察到的線狀譜對(duì)應(yīng)的頻率恰好相同．根據(jù)玻爾理論，氫原子從較高的能級(jí)(量子數(shù)n＝3、4、5、……)躍遷到量子數(shù)n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射出的光子(guāngzǐ)屬巴耳末線系．按照玻爾理論推導(dǎo)出來(lái)的譜線公式跟巴耳末公式在形式上完全一致，而且由前一個(gè)公式可以計(jì)算出與巴耳末公式中的里德伯常量的R值相符的數(shù)值．這說(shuō)明了巴耳末公式完全可以由玻爾理論推導(dǎo)出來(lái)．第二十一頁(yè)，共43頁(yè)。題型一原子的核式結(jié)構(gòu)模型[例1]盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出 ()A．原子的核式結(jié)構(gòu)模型B．原子核內(nèi)有中子存在C．電子(diànzǐ)是原子的組成局部D．原子核是由質(zhì)子和中子組成的第二十二頁(yè)，共43頁(yè)。[解析]英國(guó)(yīnɡɡuó)物理學(xué)家盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后根本上仍沿原方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)．α粒子散射實(shí)驗(yàn)并不涉及原子核內(nèi)的結(jié)構(gòu)．查德威克在用α粒子轟擊鈹核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子，盧瑟福用α粒子轟擊氮核時(shí)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．選A.電子是湯姆孫發(fā)現(xiàn)的，C不正確．[答案]A第二十三頁(yè)，共43頁(yè)。題后反思：湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子說(shuō)明(shuōmíng)原子是可分的，電子是原子的組成局部．盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明(shuōmíng)了原子的結(jié)構(gòu)是核式結(jié)構(gòu)，并不能說(shuō)明(shuōmíng)原子核由質(zhì)子和中子組成．在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象后人們才認(rèn)識(shí)到原子核也是可分的．第二十四頁(yè)，共43頁(yè)。(2019·上海高考)二十世紀(jì)初，為了研究物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家做了大量的實(shí)驗(yàn)，揭示了原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了電子、中子和質(zhì)子，圖3是 ()A．盧瑟福的α粒子散射(sǎnshè)實(shí)驗(yàn)裝置B．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置C．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)裝置D．查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)裝置解析：由物理學(xué)史易知．答案：A圖3第二十五頁(yè)，共43頁(yè)。題型二氫原子的能級(jí)[例2]用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測(cè)(guāncè)到了一定數(shù)目的光譜線．調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀測(cè)(guāncè)，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來(lái)增加了5條．用Δn表示兩次觀測(cè)(guāncè)中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示調(diào)高后電子的能量．根據(jù)氫原子的能級(jí)圖(圖4)可以判斷，Δn和E的可能值為 ()圖4第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。A．Δn＝1,13.22eV<E<13.32eVB．Δn＝2,13.22eV<E<13.32eVC．Δn＝1,12.75eV<E<13.06eVD．Δn＝2,12.75eV<E<13.06eV[解析]存在(cúnzài)兩種可能，第一種可能是原為n＝1至n＝2變?yōu)閚＝1到n＝4，此時(shí)Δn＝2，電子的能量必須滿足－0.85)ev＜E＜－0.54)eV，故D選項(xiàng)正確；第二種可能是原為n＝1至n＝5變?yōu)閚＝1到n＝6，那么Δn＝1，電子能量必須滿足－0.38)eV<E－0.28)eV，故A選項(xiàng)正確．[答案]AD第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。題后反思：氫原子處于不同的能級(jí)最多可產(chǎn)生的譜線條數(shù) ＝5解得n＝5；假設(shè)Δn＝2，同理解得n＝2.使原子激發(fā)一是用電磁輻射，另一種方法就是用粒子轟擊，電磁輻射時(shí)要使原子能級(jí)躍遷，照射光的頻率必須滿足hν＝Em－En，而用粒子轟擊那么要粒子的能量大于等于(děngyú)Em－En.對(duì)于粒子轟擊原子使原子能級(jí)躍遷題型，常與動(dòng)量、能量結(jié)合．第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。(2019·全國(guó)卷Ⅱ)氫原子的局部能級(jí)如圖5所示．可見(jiàn)光的光子能量(néngliàng)在1.62eV到3.11eV之間．由此可推知，氫原子 ()圖5第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。A．從高能級(jí)(néngjí)向n＝1能級(jí)(néngjí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光的短B．從高能級(jí)(néngjí)向n＝2能級(jí)(néngjí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見(jiàn)光C．從高能級(jí)(néngjí)向n＝3能級(jí)(néngjí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見(jiàn)光的高D．從n＝3能級(jí)(néngjí)向n＝2能級(jí)(néngjí)躍遷時(shí)發(fā)出的光為可見(jiàn)光第三十頁(yè)，共43頁(yè)。解析：此題考查能級(jí)，光子能量及其與波長(zhǎng)、頻率(pínlǜ)的關(guān)系，意在考查考生對(duì)能級(jí)和量子論知識(shí)的理解；由可見(jiàn)光的能量值范圍可知，在氫原子的能級(jí)值中，高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光的頻率(pínlǜ)小于可見(jiàn)光的頻率(pínlǜ)，C錯(cuò)誤；假設(shè)高能級(jí)與n＝3能級(jí)的能量差大于3.11eV，那么不能發(fā)出可見(jiàn)光，B錯(cuò)誤；從高能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，能量值一定大于可見(jiàn)光子能量值，由于：E＝hν＝h，能量越大，波長(zhǎng)越短，故A正確；當(dāng)原子從n＝3的能級(jí)向n＝2的能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子能量在可見(jiàn)光的能量值范圍之內(nèi)，所以選項(xiàng)D正確．答案：AD第三十一頁(yè)，共43頁(yè)。1．(2019·上海高考)1991年盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子發(fā)生了________(選填“大〞或“小〞)角度散射現(xiàn)象，提出了原子(yuánzǐ)的核式結(jié)構(gòu)模型．假設(shè)用動(dòng)能為1MeV的α粒子轟擊金箔，那么其速度約為_(kāi)_______m/s.(質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×10－27kg,1MeV＝1×106eV)第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。答案(dáàn)：大×106第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。2．(2019·山東高考)在氫原子光譜中，電子從較高能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系．假設(shè)一群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，那么這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)最多可發(fā)出________條不同頻率(pínlǜ)的譜線．解析：因該群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)發(fā)生的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，故該群氫原子處于n＝4激發(fā)態(tài)，故由n＝4激發(fā)態(tài)自發(fā)躍遷時(shí)最多可發(fā)出6條不同頻率(pínlǜ)的譜線．答案：6第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。3．(2019·廣東高考)有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜B．氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定(tèdìng)頻率的光C．氫原子光譜說(shuō)明氫原子能級(jí)是分立的D．氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無(wú)關(guān)解析：原子光譜是明線光譜，那么A錯(cuò)誤，B正確．電子躍遷形成光譜線，光譜線不連續(xù)那么能級(jí)不連續(xù)，所以C正確．由hν＝E2－E1知D錯(cuò)誤．答案：BC第三十五頁(yè)，共43頁(yè)。4．(2019·全國(guó)卷Ⅰ)氦氖激光器能產(chǎn)生三種波長(zhǎng)的激光，其中兩種波長(zhǎng)分別為λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm.波長(zhǎng)為λ1的激光是氖原子在能級(jí)間隔為ΔE1＝1.96eV的兩個(gè)能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的．用ΔE2表示(biǎoshì)產(chǎn)生波長(zhǎng)為λ2的激光所對(duì)應(yīng)的躍遷的能級(jí)間隔，那么ΔE2的近似值為()A．10.50eVB．0.98eVC．0.53eV D．0.36eV第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。解析：此題考查光子、玻爾原子模型，光子的發(fā)射和吸收、波的頻率(pínlǜ)、波長(zhǎng)和波速的關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)，意在考查考生通過(guò)氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)知識(shí)處理氖原子躍遷問(wèn)題的遷移能力．光子能量與其頻率(pínlǜ)成正比，與波長(zhǎng)成反比，根據(jù)發(fā)射(吸收)光子的能量