(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

專題十六原子結(jié)構(gòu)和原子核高考物理（浙江專用）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)清單陰極射線產(chǎn)生在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽(yáng)兩極。當(dāng)兩極間加一定電壓時(shí),陰極便發(fā)出一種射線,這種射線為陰極射線特點(diǎn)轟擊熒光物質(zhì)時(shí)能使其發(fā)光組成電子流考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)考點(diǎn)清單陰極射線產(chǎn)生在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)2電子質(zhì)量9.1093897×10-31kg電荷量1.60217733(49)×10-19C比荷1.8×1011C/kg發(fā)現(xiàn)1897年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫測(cè)出了陰極射線粒子的比荷,斷定它是帶負(fù)電的粒子,后來(lái)被稱為電子意義電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子。電子的發(fā)現(xiàn),打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念,使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒,原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從此,原子物理學(xué)飛速發(fā)展,人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代密立根實(shí)驗(yàn)電子電荷的精確測(cè)定是在1909—1913年間由美國(guó)科學(xué)家密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”測(cè)出的密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)是:電荷是量子化的,即任何帶電體所帶電荷量只能是e的①

整數(shù)倍

電子質(zhì)量9.1093897×10-31kg電荷量1.63二、α粒子散射實(shí)驗(yàn)與盧瑟福核式結(jié)構(gòu)時(shí)間1909—1911年人員英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福及其學(xué)生裝置

現(xiàn)象絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但少數(shù)α粒子發(fā)生了

較大角度的偏轉(zhuǎn),并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°三個(gè)關(guān)鍵詞:“絕大多數(shù)”“少數(shù)”“極少數(shù)”實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)α粒子散射實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屠碚撛谠拥闹行挠幸粋€(gè)很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全

部的質(zhì)量都集中在原子核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)模型特點(diǎn)(1)核很小,原子直徑的數(shù)量級(jí)約為10-10m,而核直徑的數(shù)量級(jí)只有10-15m(2)核很重,原子的質(zhì)量幾乎全部集中在核里(3)庫(kù)侖力提供電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力意義明確了原子結(jié)構(gòu)的空間分布、質(zhì)量分布、電荷分布二、α粒子散射實(shí)驗(yàn)與盧瑟福核式結(jié)構(gòu)時(shí)間1909—1911年人4對(duì)散射結(jié)果的解釋按照核式結(jié)構(gòu)模型,由于原子核很小,大部分α粒子穿過(guò)金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn),受到的斥力很小,它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響;只有極少數(shù)α粒子從原子核附近飛過(guò),明顯地受到原子核的庫(kù)侖斥力作用而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)對(duì)散射結(jié)果的解釋按照核式結(jié)構(gòu)模型,由于原子核很小,大部分α粒5三、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:

=②

R

式中R叫做里德伯常量,實(shí)驗(yàn)值為R=1.10×107m-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。三、氫原子光譜說(shuō)明

氫光譜是線狀的、不連續(xù)的,波長(zhǎng)只能6概念在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量也是不連續(xù)的。這些能量

值叫做能級(jí)基態(tài)與激發(fā)態(tài)各狀態(tài)的標(biāo)號(hào)1,2,3,…,叫做量子數(shù),通常用n表示。能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài),其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)?；鶓B(tài)和各激發(fā)態(tài)的能量分別用E1,E2,E3,…,代表。基態(tài)與離核最近的軌道相對(duì)應(yīng),量子數(shù)n=1。激發(fā)態(tài)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)依次為n=2,3,4,…,分別稱之為第二能級(jí)、第三能級(jí)、第四能級(jí)……或第一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)、第三激發(fā)態(tài)……,相應(yīng)狀態(tài)下離核距離增大能級(jí)圖用水平線表示能級(jí),水平線間距離表示能級(jí)差大小的圖示稱為能級(jí)圖氫原子能級(jí)圖

備注每一條水平線代表一個(gè)定態(tài)左端數(shù)字“n”表示量子數(shù),右端數(shù)字E表示

能級(jí)n越大時(shí)相鄰能級(jí)間差值越小豎直帶箭頭的線段表示一種躍遷方式四、能級(jí)概念在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的7躍遷概念原子由一個(gè)能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量態(tài)的過(guò)程稱為躍遷輻射與激發(fā)從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷過(guò)程,以釋放光子的形式釋放能量,稱為輻射。hν=③

E初-E終

從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷過(guò)程稱為激發(fā),始末能級(jí)差的絕對(duì)值等于所吸收的能量,ΔE=④

E終-E初

躍遷概念原子由一個(gè)能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量態(tài)的過(guò)程稱為躍遷輻射與8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①電子運(yùn)動(dòng)速率v=

;②電子的動(dòng)能Ek=

mev2=

;③電子運(yùn)動(dòng)周期T=

=2π

;④電子在半徑為r的軌道上所具有的電勢(shì)能Ep=-ke2/r;考向突破9⑤等效電流I=

。由以上各式可見,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。⑤等效電流I=?。10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.γ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,都是重核裂變例1

(2018浙江名校協(xié)作,14)(多選)下列說(shuō)法正11解析依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式λ=

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;γ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解析依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式λ=?可知,微觀粒子的動(dòng)量越大,其122.躍遷與電離躍遷根據(jù)玻爾理論,當(dāng)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí),必須吸收光子才能實(shí)現(xiàn);相反,當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),必須輻射光子才能實(shí)現(xiàn)。躍遷時(shí)不管是吸收還是輻射光子,其光子的能量都必須等于這兩個(gè)能級(jí)的能量差電離原子一旦電離,原子結(jié)構(gòu)將被破壞,而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論,如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子,都能被基態(tài)的氫原子吸收而使之發(fā)生電離,只不過(guò)入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能就越大,不論原子處于什么狀態(tài),只要入射光子的能量大于該狀態(tài)電離所需要的能量就可使之電離2.躍遷與電離躍遷根據(jù)玻爾理論,當(dāng)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)13光致激發(fā)入射光子的能量hν=E終-E初(引起電離時(shí)入射光子的能量hν=Ek+|E初|,Ek是電離后電子的動(dòng)能,E初是光子入射前原子所處的能級(jí),則hν≥|E初|即可)碰撞激發(fā)入射粒子若是電子時(shí),Eke≥E終-E初(因電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量,其動(dòng)能不小于相應(yīng)能級(jí)差即可引起激發(fā),多余的能量仍以入射電子的動(dòng)能形式存在)入射粒子若是與質(zhì)子質(zhì)量等大的粒子時(shí),Ekp>E終-E初(因碰撞中動(dòng)量守恒,入射粒子的動(dòng)能不能全部被吸收轉(zhuǎn)化為原子能量)3.激發(fā)的方式光致激發(fā)入射光子的能量hν=E終-E初碰撞激發(fā)入射粒子若是電14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。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)能增加例2

(2018浙江寧波諾丁漢大學(xué)附中期末)如圖所示為15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ΔE=En-Em=

hν,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)ν=c/λ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ΔE=16考點(diǎn)二原子核考向基礎(chǔ)一、天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象概念放射性元素①

自發(fā)地

放出射線的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)者及時(shí)間1896年,由法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)意義使人們認(rèn)識(shí)到原子核也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)考點(diǎn)二原子核天然概念放射性元素①

自發(fā)地

放出17

放射性概念物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性放射性元素具有放射性的元素稱為放射性元素,原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素,有的也能放出射線,它們放射出來(lái)的射線共有三種

種類α射線β射線γ射線組成高速②

氦核

流高速③

電子

流④

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)量為零速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強(qiáng),能穿透幾毫米厚的鋁板最強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱概念物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性放射性元素具有放射性的元素稱18二、原子核的組成質(zhì)子發(fā)現(xiàn)1919年,由英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)氫原子核質(zhì)量1.6726231×10-27kg電荷正電,一個(gè)元電荷符號(hào)p或

H中子發(fā)現(xiàn)1932年,由盧瑟福的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)量1.6749286×10-27kg電荷電中性,不帶電符號(hào)n或

n二、原子核的組成質(zhì)子發(fā)現(xiàn)1919年,由英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福發(fā)現(xiàn)19備注核子質(zhì)子與中子的統(tǒng)稱三個(gè)整數(shù)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小,兩者統(tǒng)稱為核子,所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)核電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個(gè)整數(shù)表示原子核的電荷量,叫做原子核的電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和,而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)兩個(gè)等式核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)同位素具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的原子核,在元素周期表中處于同一位置,因而互稱同位素原子核的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目,也決定了電子在核外的分布情況,進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)。同位素的化學(xué)性質(zhì)相同備注核子質(zhì)子與中子的統(tǒng)稱三個(gè)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微20三、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α粒子或β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α粒子或β粒子(β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α衰變

X

Y

He。β衰變

X

Y

e。3.兩個(gè)重要的衰變

U

Th

He

Th

Pa

e。三、原子核的衰變21(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)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α衰變,有的發(fā)生β

衰變,同時(shí)伴隨著γ輻射。四、半衰期不同元素的半衰期是不一樣的,用τ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·

。(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)22五、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1.5×10-15m之內(nèi)。在大于0.8×10-15m時(shí),核力表現(xiàn)為引力,超過(guò)1.5×10-15m時(shí)核力急劇下降幾乎消失;在小于0.8×10-15m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。五、核反應(yīng)232.結(jié)合能:原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開也需

要能量。核反應(yīng)中為把核子分開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=⑤

mc2

;ΔE=⑥

Δmc2

。5.核反應(yīng):(1)核反應(yīng)過(guò)程中遵守⑦

質(zhì)量數(shù)

和⑧

電荷數(shù)

守恒,但

并不能僅根據(jù)此兩點(diǎn)而隨意書寫核反應(yīng)方程,具體書寫時(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⑨

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α粒子,反應(yīng)后放出的基

本粒子通常為

H

n

e和

e等。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246.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

⑩

熱核

反應(yīng)。6.裂變25考向突破考向一

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?/p>

稱為衰變。(2)衰變規(guī)律:電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。①α衰變

X

Y

He,α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)。②β衰變

X

Y

e,β衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子。③γ輻射:γ輻射是伴隨α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生的。γ輻射不改變?cè)雍?/p>

的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí),考向突破26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α衰變m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Y,則表示核反應(yīng)的方程為

X

Y+

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。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27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。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28例3(多選)

Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變,變成

Pb(鉛),下列說(shuō)法正確的是

()A.鉛核比釷核少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α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變例3(多選)?Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變,變成?P29解析設(shè)α衰變次數(shù)為x,β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+4x90=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解析設(shè)α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)30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)。1mg

P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖所示,請(qǐng)估算4mg的

P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg?

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31解析寫出衰變方程

P

Si

e,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,0.25mg=4mg×

,故t=56天。答案正電子(

e)56天解析寫出衰變方程?P?Si?e,故這種粒子為?e(正電子)32考向二

核力與結(jié)合能1.核能的計(jì)算根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)

乘真空中光速的平方。即ΔE=Δmc2。根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV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931.5MeV。即ΔE=Δm×931.5MeV。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。(2)原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)考向二

核力與結(jié)合能33①1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng):

N

He

O

H②1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng):

Be

He

C

n③1934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):

Al

He

P

n

P

Si+

e①1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng):34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,且由愛因斯坦質(zhì)能方

程E=mc2可知:1u對(duì)應(yīng)于931.5MeV的能量,若取光速c=3×108m/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)-MHe]×931.5MeVB.[2×(mp+mn+me)-MHe]×931.5MeVC.[2×(mp+mn+me)-MHe]×c2(J)D.[2×(mp+mn)-MHe]×c2(J)解析核反應(yīng)方程為

H+

n→

He,質(zhì)量虧損Δm=2×(mp+mn)-(MHe-2me)=2×(mp+mn+me)-MHe,所以釋放的能量為:ΔE=Δm×931.5MeV=[2×(mp+mn+me)-MHe]×931.5MeV,選項(xiàng)B正確。答案

B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35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)。方法技巧方法

氫原子能級(jí)圖及原子躍遷問(wèn)題方法技巧363.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。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:

hν=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)。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37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例如圖為氫原子能級(jí)示意圖,則氫原子?()38解析

光子能量E=hν=

,而E4-3<E3-2,故λ4-3>λ3-2,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解析

光子能量E=hν=?,而E4-3<E3-2,故λ39專題十六原子結(jié)構(gòu)和原子核高考物理（浙江專用）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)清單陰極射線產(chǎn)生在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽(yáng)兩極。當(dāng)兩極間加一定電壓時(shí),陰極便發(fā)出一種射線,這種射線為陰極射線特點(diǎn)轟擊熒光物質(zhì)時(shí)能使其發(fā)光組成電子流考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)考點(diǎn)清單陰極射線產(chǎn)生在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)41電子質(zhì)量9.1093897×10-31kg電荷量1.60217733(49)×10-19C比荷1.8×1011C/kg發(fā)現(xiàn)1897年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫測(cè)出了陰極射線粒子的比荷,斷定它是帶負(fù)電的粒子,后來(lái)被稱為電子意義電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子。電子的發(fā)現(xiàn),打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念,使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒,原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從此,原子物理學(xué)飛速發(fā)展,人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代密立根實(shí)驗(yàn)電子電荷的精確測(cè)定是在1909—1913年間由美國(guó)科學(xué)家密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”測(cè)出的密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)是:電荷是量子化的,即任何帶電體所帶電荷量只能是e的①

整數(shù)倍

電子質(zhì)量9.1093897×10-31kg電荷量1.642二、α粒子散射實(shí)驗(yàn)與盧瑟福核式結(jié)構(gòu)時(shí)間1909—1911年人員英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福及其學(xué)生裝置

現(xiàn)象絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但少數(shù)α粒子發(fā)生了

較大角度的偏轉(zhuǎn),并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°三個(gè)關(guān)鍵詞:“絕大多數(shù)”“少數(shù)”“極少數(shù)”實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)α粒子散射實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屠碚撛谠拥闹行挠幸粋€(gè)很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全

部的質(zhì)量都集中在原子核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)模型特點(diǎn)(1)核很小,原子直徑的數(shù)量級(jí)約為10-10m,而核直徑的數(shù)量級(jí)只有10-15m(2)核很重,原子的質(zhì)量幾乎全部集中在核里(3)庫(kù)侖力提供電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力意義明確了原子結(jié)構(gòu)的空間分布、質(zhì)量分布、電荷分布二、α粒子散射實(shí)驗(yàn)與盧瑟福核式結(jié)構(gòu)時(shí)間1909—1911年人43對(duì)散射結(jié)果的解釋按照核式結(jié)構(gòu)模型,由于原子核很小,大部分α粒子穿過(guò)金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn),受到的斥力很小,它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響;只有極少數(shù)α粒子從原子核附近飛過(guò),明顯地受到原子核的庫(kù)侖斥力作用而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)對(duì)散射結(jié)果的解釋按照核式結(jié)構(gòu)模型,由于原子核很小,大部分α粒44三、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:

=②

R

式中R叫做里德伯常量,實(shí)驗(yàn)值為R=1.10×107m-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。三、氫原子光譜說(shuō)明

氫光譜是線狀的、不連續(xù)的,波長(zhǎng)只能45概念在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量也是不連續(xù)的。這些能量

值叫做能級(jí)基態(tài)與激發(fā)態(tài)各狀態(tài)的標(biāo)號(hào)1,2,3,…,叫做量子數(shù),通常用n表示。能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài),其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。基態(tài)和各激發(fā)態(tài)的能量分別用E1,E2,E3,…,代表。基態(tài)與離核最近的軌道相對(duì)應(yīng),量子數(shù)n=1。激發(fā)態(tài)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)依次為n=2,3,4,…,分別稱之為第二能級(jí)、第三能級(jí)、第四能級(jí)……或第一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)、第三激發(fā)態(tài)……,相應(yīng)狀態(tài)下離核距離增大能級(jí)圖用水平線表示能級(jí),水平線間距離表示能級(jí)差大小的圖示稱為能級(jí)圖氫原子能級(jí)圖

備注每一條水平線代表一個(gè)定態(tài)左端數(shù)字“n”表示量子數(shù),右端數(shù)字E表示

能級(jí)n越大時(shí)相鄰能級(jí)間差值越小豎直帶箭頭的線段表示一種躍遷方式四、能級(jí)概念在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的46躍遷概念原子由一個(gè)能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量態(tài)的過(guò)程稱為躍遷輻射與激發(fā)從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷過(guò)程,以釋放光子的形式釋放能量,稱為輻射。hν=③

E初-E終

從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷過(guò)程稱為激發(fā),始末能級(jí)差的絕對(duì)值等于所吸收的能量,ΔE=④

E終-E初

躍遷概念原子由一個(gè)能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量態(tài)的過(guò)程稱為躍遷輻射與47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①電子運(yùn)動(dòng)速率v=

;②電子的動(dòng)能Ek=

mev2=

;③電子運(yùn)動(dòng)周期T=

=2π

;④電子在半徑為r的軌道上所具有的電勢(shì)能Ep=-ke2/r;考向突破48⑤等效電流I=

。由以上各式可見,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。⑤等效電流I=?。49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.γ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,都是重核裂變例1

(2018浙江名校協(xié)作,14)(多選)下列說(shuō)法正50解析依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式λ=

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;γ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解析依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式λ=?可知,微觀粒子的動(dòng)量越大,其512.躍遷與電離躍遷根據(jù)玻爾理論,當(dāng)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí),必須吸收光子才能實(shí)現(xiàn);相反,當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),必須輻射光子才能實(shí)現(xiàn)。躍遷時(shí)不管是吸收還是輻射光子,其光子的能量都必須等于這兩個(gè)能級(jí)的能量差電離原子一旦電離,原子結(jié)構(gòu)將被破壞,而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論,如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子,都能被基態(tài)的氫原子吸收而使之發(fā)生電離,只不過(guò)入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能就越大,不論原子處于什么狀態(tài),只要入射光子的能量大于該狀態(tài)電離所需要的能量就可使之電離2.躍遷與電離躍遷根據(jù)玻爾理論,當(dāng)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)52光致激發(fā)入射光子的能量hν=E終-E初(引起電離時(shí)入射光子的能量hν=Ek+|E初|,Ek是電離后電子的動(dòng)能,E初是光子入射前原子所處的能級(jí),則hν≥|E初|即可)碰撞激發(fā)入射粒子若是電子時(shí),Eke≥E終-E初(因電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量,其動(dòng)能不小于相應(yīng)能級(jí)差即可引起激發(fā),多余的能量仍以入射電子的動(dòng)能形式存在)入射粒子若是與質(zhì)子質(zhì)量等大的粒子時(shí),Ekp>E終-E初(因碰撞中動(dòng)量守恒,入射粒子的動(dòng)能不能全部被吸收轉(zhuǎn)化為原子能量)3.激發(fā)的方式光致激發(fā)入射光子的能量hν=E終-E初碰撞激發(fā)入射粒子若是電53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。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)能增加例2

(2018浙江寧波諾丁漢大學(xué)附中期末)如圖所示為54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ΔE=En-Em=

hν,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)ν=c/λ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ΔE=55考點(diǎn)二原子核考向基礎(chǔ)一、天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象概念放射性元素①

自發(fā)地

放出射線的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)者及時(shí)間1896年,由法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)意義使人們認(rèn)識(shí)到原子核也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)考點(diǎn)二原子核天然概念放射性元素①

自發(fā)地

放出56

放射性概念物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性放射性元素具有放射性的元素稱為放射性元素,原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素,有的也能放出射線,它們放射出來(lái)的射線共有三種

種類α射線β射線γ射線組成高速②

氦核

流高速③

電子

流④

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)量為零速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強(qiáng),能穿透幾毫米厚的鋁板最強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱概念物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性放射性元素具有放射性的元素稱57二、原子核的組成質(zhì)子發(fā)現(xiàn)1919年,由英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)氫原子核質(zhì)量1.6726231×10-27kg電荷正電,一個(gè)元電荷符號(hào)p或

H中子發(fā)現(xiàn)1932年,由盧瑟福的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)量1.6749286×10-27kg電荷電中性,不帶電符號(hào)n或

n二、原子核的組成質(zhì)子發(fā)現(xiàn)1919年,由英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福發(fā)現(xiàn)58備注核子質(zhì)子與中子的統(tǒng)稱三個(gè)整數(shù)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小,兩者統(tǒng)稱為核子,所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)核電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個(gè)整數(shù)表示原子核的電荷量,叫做原子核的電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和,而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)兩個(gè)等式核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)同位素具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的原子核,在元素周期表中處于同一位置,因而互稱同位素原子核的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目,也決定了電子在核外的分布情況,進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)。同位素的化學(xué)性質(zhì)相同備注核子質(zhì)子與中子的統(tǒng)稱三個(gè)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微59三、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α粒子或β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α粒子或β粒子(β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α衰變

X

Y

He。β衰變

X

Y

e。3.兩個(gè)重要的衰變

U

Th

He

Th

Pa

e。三、原子核的衰變60(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)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α衰變,有的發(fā)生β

衰變,同時(shí)伴隨著γ輻射。四、半衰期不同元素的半衰期是不一樣的,用τ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·

。(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)61五、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1.5×10-15m之內(nèi)。在大于0.8×10-15m時(shí),核力表現(xiàn)為引力,超過(guò)1.5×10-15m時(shí)核力急劇下降幾乎消失;在小于0.8×10-15m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。五、核反應(yīng)622.結(jié)合能:原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開也需

要能量。核反應(yīng)中為把核子分開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=⑤

mc2

;ΔE=⑥

Δmc2

。5.核反應(yīng):(1)核反應(yīng)過(guò)程中遵守⑦

質(zhì)量數(shù)

和⑧

電荷數(shù)

守恒,但

并不能僅根據(jù)此兩點(diǎn)而隨意書寫核反應(yīng)方程,具體書寫時(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⑨

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α粒子,反應(yīng)后放出的基

本粒子通常為

H

n

e和

e等。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636.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

⑩

熱核

反應(yīng)。6.裂變64考向突破考向一

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?/p>

稱為衰變。(2)衰變規(guī)律:電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。①α衰變

X

Y

He,α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)。②β衰變

X

Y

e,β衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子。③γ輻射:γ輻射是伴隨α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生的。γ輻射不改變?cè)雍?/p>

的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí),考向突破65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α衰變m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Y,則表示核反應(yīng)的方程為

X

Y+

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。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66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。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67例3(多選)

Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變,變成

Pb(鉛),下列說(shuō)法正確的是

()A.鉛核比釷核少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α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變例3(多選)?Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變,變成?P68解析設(shè)α衰變次數(shù)為x,β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+4x90=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解析設(shè)α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)69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)。1mg

P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖所示,請(qǐng)估算4mg的

P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg?

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19