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1、專題十六 原子結構和原子核,高考物理（浙江專用）,考點一原子結構 考向基礎 一、電子的發(fā)現(xiàn),考點清單,二、粒子散射實驗與盧瑟福核式結構,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統(tǒng)一的公式表示: =R 式中R叫做里德伯常量,實驗值為R=1.10107 m-1,m=1,2,3,,對每一個m,有n=m+1,m+2,m+3,,構成一個譜線系。,說明氫光譜是線狀的、不連續(xù)的,波長只能是分立的值。,四、能級,考向突破 考向玻爾的原子模型 1.氫原子的能級及相關物理量 在氫原子中,電子圍繞原子核運動,如將電子的運動看做軌道半徑為r的圓周運動,則原子核與電子之間的庫侖力提供電子
2、做勻速圓周運動所需的向心力,那么由庫侖定律和牛頓第二定律,有=me,則 電子運動速率v=; 電子的動能Ek=mev2=; 電子運動周期T==2; 電子在半徑為r的軌道上所具有的電勢能Ep=-ke2/r;,等效電流I=。 由以上各式可見,電子繞核運動的軌道半徑越大,電子的運行速率越小,動能越小,電子運動的周期越大,在軌道上具有的電勢能越大。,例1(2018浙江名校協(xié)作,14)(多選)下列說法正確的是() A.德布羅意指出微觀粒子的動量越大,其對應的波長就越小 B.射線是頻率極高的電磁波,其在云室中穿過會留下清晰的徑跡 C.根據(jù)玻爾原子模型,氫原子輻射光子后,其繞核運動的電子動能將增大 D.太陽輻
3、射能量的主要來源與核電站發(fā)生的核反應一樣,都是重核裂變,解析依據(jù)德布羅意波長公式=可知,微觀粒子的動量越大,其對應 的波長就越短,故A正確;射線是頻率極高的電磁波,其在云室中穿過不會留下清晰的徑跡,選項B錯誤;根據(jù)玻爾原子模型,氫原子輻射光子后,原子的能級降低,電子的軌道半徑減小,則電子繞核運動的動能將增大,選項C正確;太陽輻射能量的主要來源是輕核聚變,而核電站發(fā)生的是重核裂變,選項D錯誤。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附中期末)如圖所示為氫原子能級的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當向低能級躍遷時輻射出若干種不同頻率的光。
4、關于這些光,下列說法正確的是() A.波長最大的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產生的 B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產生的 C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光 D.從n=2能級躍遷到n=1能級電子動能增加,解析氫原子從高能級n向低能級m躍遷時,輻射的光子能量E=En-Em=h,故能級差越大,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,波長越小。由n=4能級躍遷到n=1能級產生的光子頻率最高,波長最短,A錯誤;頻率最小的即能量最低的光是由n=4能級躍遷到n=3能級產生的,B錯誤;當氫原子從n=4能級向低能級躍遷時,可以輻射光的種類為==6種,故C錯誤;從
5、n=2能級躍遷到n=1能級,核外電子運動 半徑變小,庫侖力做正功,電子動能增加,D正確。,答案D,考點二原子核 考向基礎 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)象說明原子核具有復雜的結構。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有粒子或粒子(粒子是電子,而原子核內不可能有電子存在)。 1.衰變規(guī)律:原子核衰變時的電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒。 2.衰變方程 衰變XYHe。 衰變XYe。 3.兩個重要的衰變 UThHeThPae。,(1)核反應中遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒,核反應過程中反應前后的總質量一般會發(fā)生變化(質量虧損
6、)而釋放出核能。 (2)當放射性物質發(fā)生連續(xù)衰變時,原子核中有的發(fā)生衰變,有的發(fā)生衰變,同時伴隨著輻射。 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表示衰變前的質量和原子核數(shù),m和N表示衰變后的質量和原子核數(shù),n表示半衰期數(shù),則 m==m0, N==N0。,五、核反應 1.核力 原子核由質子和中子組成,質子和中子是靠強大的核力結合在一起的。 核力:原子核內部,核子間所特有的相互作用力。 核力的特點:(1)核力是強相互作用力,在它的作用范圍內,核力比庫侖力大得多。(2)核力是短程力,作用范圍在1.510-15 m之內。在大于0.8 10-15 m時,核力表現(xiàn)為引力,超過1.
7、510-15 m時核力急劇下降幾乎消失;在 小于0.810-15 m時核力表現(xiàn)為斥力,因此核子不會融合在一起。(3)每個 核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用,這種性質稱為核力的飽和性。無論 是質子間、中子間、質子和中子間均存在核力。 自然界中的四種基本相互作用力:萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。,2.結合能:原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開也需要能量。核反應中為把核子分開而需要的能量稱為原子核的結合能。 3.質量虧損:原子核的質量小于組成它的核子的質量之和,這個現(xiàn)象叫做質量虧損。 4.質能方程:E=mc2;E=mc2。 5.核反應:(1)核反應過程中遵守質量數(shù)和電荷
8、數(shù)守恒,但并不能僅根據(jù)此兩點而隨意書寫核反應方程,具體書寫時一定要尊重反應的實際。 (2)核反應通常不可逆,方程只能用單向箭頭連接。 (3)核反應中用來轟擊原子核的基本粒子通常為粒子,反應后放出的基本粒子通常為Hne和e等。,6.裂變 (1)重核的裂變:重核俘獲一個中子后分裂為幾個中等質量核的反應過程(釋放能量)。 (2)鏈式反應:重核裂變時放出幾個中子,再引起其他重核裂變而使裂變反應不斷自動進行下去(原子彈原理)。為使裂變的鏈式反應容易發(fā)生,最好利用鈾235。 (3)反應堆構造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。 7.聚變:把輕核結合成質量較大的核,釋放出核能的反應,稱為聚變,又稱熱核反應。,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變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變。 (2)衰變規(guī)律:電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒。 衰變XYHe,衰變的實質是某元素的原子核放出由兩個質 子和兩個中子組成的粒子(即氦核)。 衰變XYe,衰變的實質是某元素的原子核內的一個中子變 為一個質子時放射出一個電子。 輻射:輻射是伴隨衰變或衰變同時發(fā)生的。輻射不改變原子核的電荷數(shù)和質量數(shù)。其實質是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時,,產生的某些新核由于具有過多的能量(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:設放射性元素X經過n次衰變m次衰變后,變 成穩(wěn)定的新元素Y,則表
10、示核反應的方程為XY+He+e。 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可列方程 A=A+4n,Z=Z+2n-m 兩式聯(lián)立得n=,m=+Z-Z 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結為解一個二元一次方程組。 2.半衰期 定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間,叫做這種元素的半衰期。,說明(1)半衰期是由放射性元素的原子核內部本身的因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強、溫度等)或化學狀態(tài)(如單質或化合物)無關。 (2)半衰期只對大量原子核衰變才有意義,因為放射性元素的衰變規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)原子核衰變不再起作用。,例3(多選)Th(釷)經過一系列衰變和衰變,變成Pb(鉛),下列說 法正確的是() A.鉛
11、核比釷核少8個質子 B.鉛核比釷核少16個中子 C.共經過4次衰變和6次衰變 D.共經過6次衰變和4次衰變,解析設衰變次數(shù)為x,衰變次數(shù)為y,由質量數(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、D對。 鉛核、釷核的質子數(shù)分別為82、90,故A對。 鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142,故B對。,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年的諾貝爾化學獎。他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒 子,這種粒子是P是P的同位素,被廣泛應用于生物示蹤技 術。1 mg P隨時間衰變的關系如圖所示,請估算4 mg的P經多少
12、天的 衰變后還剩0.25 mg?,解析寫出衰變方程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,考向二核力與結合能 1.核能的計算 根據(jù)愛因斯坦質能方程,用核子結合成原子核時質量虧損(m)的千克數(shù)乘真空中光速的平方。即E=mc2。 根據(jù)1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV能量,用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數(shù)乘931.5 MeV。即 E=m931.5 MeV。 2.原子核的人工轉變及其三大發(fā)現(xiàn) (1)原子核的人工轉變 用人工方法使一種原子核變成另一種原子核的變化。 (
13、2)原子核人工轉變的三大發(fā)現(xiàn),1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子的核反應: NHeOH 1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應: 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: AlHePn PSi+e,例5已知氦原子的質量為MHe,電子的質量為me,質子的質量為mp,中子的質量為mn,以上質量的單位都為原子質量單位u,且由愛因斯坦質能方程E=mc2可知:1 u對應于931.5 MeV的能量,若取光速c=3108 m/s,則兩個質子和兩個中子聚變成一個氦核,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),解析核反應方程為H+nHe,質量虧損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B正確。,答案B,方法氫原子能級圖及原子躍遷問題 氫原子的能級圖(如圖所示) 1.能級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。,方法技巧,3.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。
15、 4.帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷,原子躍遷條件為:h=Em-En。,特別提醒(1)能級越高,量子數(shù)越大,軌道半徑越大,電子的動能越小,但原子的能量肯定隨能級的升高而變大。 (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。,例如圖為氫原子能級示意圖,則氫原子() A.從n=4能級躍遷到n=3能級比從n=3能級躍遷到n=2能級輻射出電磁波的波長長 B.從n=5能級躍遷到n=1能級比從n=5能級躍遷到n=4能級輻射出電磁波的速度大 C.處于不同能級時,核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 D.從高能級向低能級躍遷時,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項正確。不同頻率的 電磁波在真空中傳播時速度均相等,故B錯。電子在核外不同能級出現(xiàn)的概率是不同的,故C錯。能級躍遷是核外電子在不同軌道間的躍遷,與原子核無關,故D錯誤。,答案A,
（浙江版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復習 專題十六 原子結構和原子核課件.ppt
