（浙江版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十六 原子結(jié)構(gòu)和原子核課件.ppt

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1、專題十六 原子結(jié)構(gòu)和原子核,高考物理（浙江專用）,考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu) 考向基礎(chǔ) 一、電子的發(fā)現(xiàn),考點(diǎn)清單,二、粒子散射實(shí)驗(yàn)與盧瑟福核式結(jié)構(gòu),三、氫原子光譜 氫原子光譜線是最早發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線,這些光譜線可用一個(gè)統(tǒng)一的公式表示: =R 式中R叫做里德伯常量,實(shí)驗(yàn)值為R=1.10107 m-1,m=1,2,3,,對(duì)每一個(gè)m,有n=m+1,m+2,m+3,,構(gòu)成一個(gè)譜線系。,說(shuō)明氫光譜是線狀的、不連續(xù)的,波長(zhǎng)只能是分立的值。,四、能級(jí),考向突破 考向玻爾的原子模型 1.氫原子的能級(jí)及相關(guān)物理量 在氫原子中,電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng),如將電子的運(yùn)動(dòng)看做軌道半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng),則原子核與電子之間的庫(kù)侖力提供電子

2、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,那么由庫(kù)侖定律和牛頓第二定律,有=me,則 電子運(yùn)動(dòng)速率v=; 電子的動(dòng)能Ek=mev2=; 電子運(yùn)動(dòng)周期T==2; 電子在半徑為r的軌道上所具有的電勢(shì)能Ep=-ke2/r;,等效電流I=。 由以上各式可見(jiàn),電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑越大,電子的運(yùn)行速率越小,動(dòng)能越小,電子運(yùn)動(dòng)的周期越大,在軌道上具有的電勢(shì)能越大。,例1(2018浙江名校協(xié)作,14)(多選)下列說(shuō)法正確的是() A.德布羅意指出微觀粒子的動(dòng)量越大,其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就越小 B.射線是頻率極高的電磁波,其在云室中穿過(guò)會(huì)留下清晰的徑跡 C.根據(jù)玻爾原子模型,氫原子輻射光子后,其繞核運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)能將增大 D.太陽(yáng)輻

3、射能量的主要來(lái)源與核電站發(fā)生的核反應(yīng)一樣,都是重核裂變,解析依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式=可知,微觀粒子的動(dòng)量越大,其對(duì)應(yīng) 的波長(zhǎng)就越短,故A正確;射線是頻率極高的電磁波,其在云室中穿過(guò)不會(huì)留下清晰的徑跡,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)玻爾原子模型,氫原子輻射光子后,原子的能級(jí)降低,電子的軌道半徑減小,則電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能將增大,選項(xiàng)C正確;太陽(yáng)輻射能量的主要來(lái)源是輕核聚變,而核電站發(fā)生的是重核裂變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A、C。,答案AC,2.躍遷與電離,3.激發(fā)的方式,例2(2018浙江寧波諾丁漢大學(xué)附中期末)如圖所示為氫原子能級(jí)的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干種不同頻率的光。

4、關(guān)于這些光,下列說(shuō)法正確的是() A.波長(zhǎng)最大的光是由n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)產(chǎn)生的 B.頻率最小的光是由n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)產(chǎn)生的 C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光 D.從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)電子動(dòng)能增加,解析氫原子從高能級(jí)n向低能級(jí)m躍遷時(shí),輻射的光子能量E=En-Em=h,故能級(jí)差越大,光子的能量也越大,即光子的頻率越大,根據(jù)=c/可知頻率越大,波長(zhǎng)越小。由n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)產(chǎn)生的光子頻率最高,波長(zhǎng)最短,A錯(cuò)誤;頻率最小的即能量最低的光是由n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)產(chǎn)生的,B錯(cuò)誤;當(dāng)氫原子從n=4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),可以輻射光的種類為==6種,故C錯(cuò)誤;從

5、n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí),核外電子運(yùn)動(dòng) 半徑變小,庫(kù)侖力做正功,電子動(dòng)能增加,D正確。,答案D,考點(diǎn)二原子核 考向基礎(chǔ) 一、天然放射現(xiàn)象,二、原子核的組成,三、原子核的衰變 天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。原子核放出粒子或粒子,放出后就變成新的原子核,這種變化稱為原子核的衰變。但這并不表明原子核內(nèi)有粒子或粒子(粒子是電子,而原子核內(nèi)不可能有電子存在)。 1.衰變規(guī)律:原子核衰變時(shí)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 2.衰變方程 衰變XYHe。 衰變XYe。 3.兩個(gè)重要的衰變 UThHeThPae。,(1)核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化(質(zhì)量虧損

6、)而釋放出核能。 (2)當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時(shí),原子核中有的發(fā)生衰變,有的發(fā)生衰變,同時(shí)伴隨著輻射。 四、半衰期 不同元素的半衰期是不一樣的,用表示半衰期,m0與N0表示衰變前的質(zhì)量和原子核數(shù),m和N表示衰變后的質(zhì)量和原子核數(shù),n表示半衰期數(shù),則 m==m0, N==N0。,五、核反應(yīng) 1.核力 原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子是靠強(qiáng)大的核力結(jié)合在一起的。 核力:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力。 核力的特點(diǎn):(1)核力是強(qiáng)相互作用力,在它的作用范圍內(nèi),核力比庫(kù)侖力大得多。(2)核力是短程力,作用范圍在1.510-15 m之內(nèi)。在大于0.8 10-15 m時(shí),核力表現(xiàn)為引力,超過(guò)1.

7、510-15 m時(shí)核力急劇下降幾乎消失;在 小于0.810-15 m時(shí)核力表現(xiàn)為斥力,因此核子不會(huì)融合在一起。(3)每個(gè) 核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用,這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。無(wú)論 是質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子間均存在核力。 自然界中的四種基本相互作用力:萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力。,2.結(jié)合能:原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開(kāi)也需要能量。核反應(yīng)中為把核子分開(kāi)而需要的能量稱為原子核的結(jié)合能。 3.質(zhì)量虧損:原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和,這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。 4.質(zhì)能方程:E=mc2;E=mc2。 5.核反應(yīng):(1)核反應(yīng)過(guò)程中遵守質(zhì)量數(shù)和電荷

8、數(shù)守恒,但并不能僅根據(jù)此兩點(diǎn)而隨意書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程,具體書(shū)寫(xiě)時(shí)一定要尊重反應(yīng)的實(shí)際。 (2)核反應(yīng)通常不可逆,方程只能用單向箭頭連接。 (3)核反應(yīng)中用來(lái)轟擊原子核的基本粒子通常為粒子,反應(yīng)后放出的基本粒子通常為Hne和e等。,6.裂變 (1)重核的裂變:重核俘獲一個(gè)中子后分裂為幾個(gè)中等質(zhì)量核的反應(yīng)過(guò)程(釋放能量)。 (2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):重核裂變時(shí)放出幾個(gè)中子,再引起其他重核裂變而使裂變反應(yīng)不斷自動(dòng)進(jìn)行下去(原子彈原理)。為使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,最好利用鈾235。 (3)反應(yīng)堆構(gòu)造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。 7.聚變:把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,釋放出核能的反應(yīng),稱為聚變,又稱熱核反應(yīng)。,考

9、向突破 考向一放射性元素的衰變 1.衰變 (1)定義:放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變。 (2)衰變規(guī)律:電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 衰變XYHe,衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個(gè)質(zhì) 子和兩個(gè)中子組成的粒子(即氦核)。 衰變XYe,衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變 為一個(gè)質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子。 輻射:輻射是伴隨衰變或衰變同時(shí)發(fā)生的。輻射不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時(shí),,產(chǎn)生的某些新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。 (3)確定衰變次數(shù)的方法:設(shè)放射性元素X經(jīng)過(guò)n次衰變m次衰變后,變 成穩(wěn)定的新元素Y,則表

10、示核反應(yīng)的方程為XY+He+e。 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程 A=A+4n,Z=Z+2n-m 兩式聯(lián)立得n=,m=+Z-Z 由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組。 2.半衰期 定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間,叫做這種元素的半衰期。,說(shuō)明(1)半衰期是由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強(qiáng)、溫度等)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無(wú)關(guān)。 (2)半衰期只對(duì)大量原子核衰變才有意義,因?yàn)榉派湫栽氐乃プ円?guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少數(shù)原子核衰變不再起作用。,例3(多選)Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列衰變和衰變,變成Pb(鉛),下列說(shuō) 法正確的是() A.鉛

11、核比釷核少8個(gè)質(zhì)子 B.鉛核比釷核少16個(gè)中子 C.共經(jīng)過(guò)4次衰變和6次衰變 D.共經(jīng)過(guò)6次衰變和4次衰變,解析設(shè)衰變次數(shù)為x,衰變次數(shù)為y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得 232=208+4x 90=82+2x-y 解得x=6,y=4,C錯(cuò)、D對(duì)。 鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90,故A對(duì)。 鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142,故B對(duì)。,答案ABD,例4約里奧居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時(shí)放出另一種粒 子,這種粒子是P是P的同位素,被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技 術(shù)。1 mg P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖所示,請(qǐng)估算4 mg的P經(jīng)多少

12、天的 衰變后還剩0.25 mg?,解析寫(xiě)出衰變方程PSie,故這種粒子為e(正電子)。 由m-t圖知P的半衰期為14天,由m余=m原得,0.25 mg=4 mg,故t =56天。,答案正電子(e)56天,考向二核力與結(jié)合能 1.核能的計(jì)算 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損(m)的千克數(shù)乘真空中光速的平方。即E=mc2。 根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV能量,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘931.5 MeV。即 E=m931.5 MeV。 2.原子核的人工轉(zhuǎn)變及其三大發(fā)現(xiàn) (1)原子核的人工轉(zhuǎn)變 用人工方法使一種原子核變成另一種原子核的變化。 (

13、2)原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn),1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng): NHeOH 1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng): BeHeCn 1934年約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng): AlHePn PSi+e,例5已知氦原子的質(zhì)量為MHe,電子的質(zhì)量為me,質(zhì)子的質(zhì)量為mp,中子的質(zhì)量為mn,以上質(zhì)量的單位都為原子質(zhì)量單位u,且由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2可知:1 u對(duì)應(yīng)于931.5 MeV的能量,若取光速c=3108 m/s,則兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變成一個(gè)氦核,釋放的能量為() A.2(mp+mn)-MHe931.5 MeV B.2(mp+mn+me)-MHe931.5 MeV C.2

14、(mp+mn+me)-MHec2(J) D.2(mp+mn)-MHec2(J),解析核反應(yīng)方程為H+nHe,質(zhì)量虧損m=2(mp+mn)-(MHe-2me)= 2(mp+mn+me)-MHe,所以釋放的能量為: E=m931.5 MeV=2(mp+mn+me)-MHe931.5 MeV,選項(xiàng)B正確。,答案B,方法氫原子能級(jí)圖及原子躍遷問(wèn)題 氫原子的能級(jí)圖(如圖所示) 1.能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)。 2.橫線左端的數(shù)字“1,2,3”表示量子數(shù),右端的數(shù)字“-13.6,-3.4”表示氫原子的能級(jí)。,方法技巧,3.相鄰橫線間的距離,表示相鄰的能級(jí)差,量子數(shù)越大,相鄰的能級(jí)差越小。

15、 4.帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷,原子躍遷條件為:h=Em-En。,特別提醒(1)能級(jí)越高,量子數(shù)越大,軌道半徑越大,電子的動(dòng)能越小,但原子的能量肯定隨能級(jí)的升高而變大。 (2)原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)N==,適用于一群氫原子,而不 是一個(gè)。,例如圖為氫原子能級(jí)示意圖,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,解析光子能量E=h=,而E4-33-2,A項(xiàng)正確。不同頻率的 電磁波在真空中傳播時(shí)速度均相等,故B錯(cuò)。電子在核外不同能級(jí)出現(xiàn)的概率是不同的,故C錯(cuò)。能級(jí)躍遷是核外電子在不同軌道間的躍遷,與原子核無(wú)關(guān),故D錯(cuò)誤。,答案A,