三年高考兩年模擬高考一輪原子結構與原子核

三年高考兩年模擬高考一輪原子結構與原子核第1頁/共36頁課標版物理第3講原子結構與原子核第2頁/共36頁一、原子的核式結構1.α粒子散射實驗的結果絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進,但①

α粒

子發(fā)生了大角度偏轉,②

α粒子的偏轉超過了90°,有的甚至被撞

了回來。2.原子的核式結構在原子中心有一個很小的核,原子全部的③

和幾乎全部④

都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。教材研讀少數(shù)極少數(shù)正電荷質(zhì)量

第3頁/共36頁自測1

(辨析題)(1)盧瑟福核式結構模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性。

(

)(2)盧瑟福的α粒子散射實驗表明原子內(nèi)部存在帶負電的電子。

(

)(3)盧瑟福的α粒子散射實驗否定了湯姆孫關于原子結構的“西瓜模型”。

(

)

答案

(1)?

(2)?

(3)√第4頁/共36頁二、玻爾理論1.定態(tài):原子只能處于一系列①

的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)

中原子是②

的,電子雖然繞核運動,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③

或④

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=⑤

(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)。3.軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應,原

子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是⑥

的。4.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級圖(如圖所示)不連續(xù)穩(wěn)定輻射吸收Em-En不連續(xù)第5頁/共36頁

(2)氫原子的能級和軌道半徑a.氫原子的能級公式:En=

E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV。第6頁/共36頁b.氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,

其數(shù)值為r1=0.53×10-10m。自測2

(辨析題)(1)玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實驗規(guī)律。

(

)(2)氫原子吸收光子后,將從高能級向低能級躍遷。

(

)(3)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時,氫原子輻射的光子能量為hν

=En。

(

)

答案

(1)√

(2)?

(3)?第7頁/共36頁三、原子核的衰變和半衰期1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象放射性元素①

地放出射線的現(xiàn)象,首先由②

發(fā)現(xiàn)。

天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明③

具有復雜的結構。(2)放射性和放射性元素:物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)叫④

。具有放射

性的元素叫⑤

元素。(3)三種射線:放射性元素放射出的射線共有三種,分別是⑥

射線、⑦

射線、⑧

射線。自發(fā)貝克勒爾原子核

放射性放射性αβγ第8頁/共36頁(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3.半衰期(1)定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。(2)衰變規(guī)律:N=N0

、m=m0

(3)影響因素:由原子核內(nèi)部因素決定,跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件

沒有關系。2.原子核的衰變第9頁/共36頁自測3

(辨析題)(1)發(fā)生β衰變時,新核的核電荷數(shù)不變。

(

)(2)氡的半衰期為3.8天,若取4個氡原子核,經(jīng)過7.6天后就剩下一個原子核

了。

(

)(3)對原子核經(jīng)過高溫、高壓處理后,其半衰期變短。

(

)

答案

(1)?

(2)?

(2)?第10頁/共36頁四、核力、結合能、質(zhì)量虧損、核反應1.核力(1)定義:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力。(2)特點:a.核力是強相互作用的一種表現(xiàn);b.核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi);c.每個核子只跟它相鄰核子間才有核力作用。2.核能(1)結合能原子核是核子結合在一起構成的,要把它們分開,也需要能量,這就是原子

核的結合能。(2)比結合能第11頁/共36頁a.定義:原子核的結合能與核子數(shù)之比,稱做比結合能,也叫平均結合能。b.特點:不同原子核的比結合能不同,原子核的比結合能越大,表示原子核中

核子結合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E=①

。原子核的質(zhì)量比組成它的核子的質(zhì)量和

要小,這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=②

。4.獲得核能的途徑:(1)重核裂變;(2)輕核聚變。5.核反應(1)遵守的規(guī)律:電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒。(2)反應類型:衰變、人工轉變、重核裂變、輕核聚變。mc2

Δmc2第12頁/共36頁自測4

(辨析題)(1)核反應中有質(zhì)量虧損,所以質(zhì)量數(shù)不守恒。

(

)(2)愛因斯坦質(zhì)能方程說明物體的質(zhì)量與能量可以相互轉化。

(

)(3)核力是弱相互作用,作用力很小。

(

)

答案

(1)?

(2)?

(3)?第13頁/共36頁考點一氫原子能級及能級躍遷

1.關于能級躍遷的三點說明(1)原子躍遷條件hν=Em-En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之

間躍遷的情況。(2)當光子能量大于或等于13.6eV時,可以被處于基態(tài)的氫原子吸收,使氫

原子電離;當處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV,氫原子電離

后,電子具有一定的初動能。(3)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實

物粒子的動能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或

等于兩能級的能量差值(E=Em-En),均可使原子發(fā)生能級躍遷?？键c突破第14頁/共36頁(4)當軌道半徑減小時,庫侖引力做正功,原子的電勢能減小,電子動能增大,

原子能量減小;反之,軌道半徑增大時,原子電勢能增大,電子動能減小,原子

能量增大。(5)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時,可能輻射出的光譜線條數(shù)N=

=

。2.躍遷中兩個易混問題(1)一群原子和一個原子:氫原子核外只有一個電子,這個電子在某個時刻

只能處在某一個可能的軌道上,在某段時間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個軌

道時,可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子

的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)了。第15頁/共36頁(2)直接躍遷與間接躍遷:原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時。

有時可能是直接躍遷,有時可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光

子的能量是不同的。直接躍遷時輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時

輻射(或吸收)的所有光子的能量和。

典例1如圖所示為氫原子最低的四個能級,當氫原子在這些能級間躍遷

時:

第16頁/共36頁(1)有可能放出

種能量的光子。(2)在哪兩個能級間躍遷時,所放出的光子波長最長?波長是多少?

答案

(1)6

(2)見解析

解析

(1)N=

=

=6。(2)氫原子由第四能級向第三能級躍遷時,能級差最小,輻射出的光子波長最

長。由hν=E4-E3,有h

=E4-E3,所以λ=

=

m=1.88×10-6m。第17頁/共36頁1-1如圖所示,氫原子在下列各能級間躍遷:(1)從n=2到n=1;(2)從n=5到n=

3;(3)從n=4到n=2。在躍遷過程中輻射的電磁波的波長分別用λ1、λ2、λ3表

示。波長λ1、λ2、λ3大小的順序是

(

)

A.λ1<λ2<λ3

B.λ1<λ3<λ2C.λ3<λ2<λ1

D.λ2=λ3<λ1

答案

B設氫原子從n=2到n=1,從n=5到n=3和從n=4到n=2躍遷過程中輻射光子的能量分別為E1、E2、E3,則E1=10.2eV,E2=0.97eV,E3=2.55eV,即

E1>E3>E2,由E=h

可知λ1<λ3<λ2,B正確。第18頁/共36頁考點二原子核的衰變半衰期

1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)兩種衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結合成一個整體1個中子轉化為1個質(zhì)子和1個電子

H+

n

He

n

H

e勻強磁場中軌跡形狀

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒第19頁/共36頁(2)γ射線:γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。其實質(zhì)是放射性

原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中,蘊藏在核內(nèi)的能量會釋放出來,使產(chǎn)

生的新核處于高能級,這時它要向低能級躍遷,能量以γ光子的形式輻射出

來。2.確定衰變次數(shù)的方法因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響,先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然后再根

據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。3.半衰期(1)公式:N余=N原

,m余=m原

(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的,跟

原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)和化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關。第20頁/共36頁

典例2

(1)(多選

Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變,變成

Pb(鉛)。以下說法中正確的是

(

)A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變第21頁/共36頁(2)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,1mg

P隨時間衰變的關系如圖所示,請估算4mg的

P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg?

第22頁/共36頁

答案

(1)ABD

(2)正電子

56天

解析

(1)設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D對。鉛核、釷核的質(zhì)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。(2)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。第23頁/共36頁確定α、β衰變次數(shù)的兩種方法(1)確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律,設放射性元素

X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Y,則表示該核反應的方程為

X

Y+

He+

e根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程A=A'+4nZ=Z'+2n-m由以上兩式聯(lián)立解得n=

,m=

+Z'-Z由此可見確定衰變次數(shù)可歸結為求解一個二元一次方程組。(2)因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響,可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然

后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。第24頁/共36頁2-1

(2014重慶理綜,1,6分)碘131的半衰期約為8天。若某藥物含有質(zhì)量為

m的碘131,經(jīng)過32天后,該藥物中碘131的含量大約還有

(

)A.

B.

C.

D.

答案

C設剩余質(zhì)量為m剩,則由m剩=m(

,得m剩=m(

=

=

,C正確。第25頁/共36頁2-2

(2015北京理綜,17,6分)實驗觀察到,靜止在勻強磁場中A點的原子核

發(fā)生β衰變,衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運動,運動方向

和軌跡示意如圖。則

(

)A.軌跡1是電子的,磁場方向垂直紙面向外B.軌跡2是電子的,磁場方向垂直紙面向外C.軌跡1是新核的,磁場方向垂直紙面向里D.軌跡2是新核的,磁場方向垂直紙面向里

答案

D由靜止的原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核和電子做勻速圓周運動的方向相反及原子核衰變前后動量守恒得meve-m核v核=0,粒子在磁場中

做勻速圓周運動的半徑r=

,因為qe<q核,所以re>r核,故軌跡1是電子的,軌跡2是新核的,根據(jù)左手定則可判定磁場方向垂直紙面向里,故D項正確。第26頁/共36頁考點三核反應類型與核反應方程

1.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例

α衰變自發(fā)

U

Th

Heβ衰變自發(fā)

Th

Pa

e人工轉變?nèi)斯た刂?/p>

N

He

O

H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)

He

Be

C

n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)

Al

He

P

n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

P

Si

e第27頁/共36頁重核裂變比較容易進行人工控

制

U

n

Ba

Kr+

n

U

n

Xe

Sr+1

n輕核聚變除氫彈外無法控制

H

H

He

n第28頁/共36頁2.核反應方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎。如質(zhì)子

H)、中子

n)、α粒子

He)、β粒子

e)、正電子

e)、氘核

H)、氚核

H)等。(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應

方程是否正確的依據(jù)。由于核反應不可逆,所以書寫核反應方程式時只能

用“→”表示反應方向。(3)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒,核電荷數(shù)守恒。

第29頁/共36頁典例3

(2015廣東理綜,18,6分)(多選)科學家使用核反應獲取氚,再利用氘

和氚的核反應獲得能量。核反應方程分別為:X+Y→

H+4.9MeV和

H

H

He+X+17.6MeV。下列表述正確的有

(

)A.X是中子B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6C.兩個核反應都沒有質(zhì)量虧損D.氘和氚的核反應是核聚變反應

答案

AD設

X

Y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有:A+A'=4+3,2+3=A+4,Z+Z'=2+1,1+1=2+Z,可得A=1,A'=6,Z=0,Z'=3,故X是中子,Y是

Li,A正確;由

Li知Y的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)都是3,故B錯誤;兩個核反應中都釋放了能量,故都有質(zhì)量虧損,C錯誤;氘和氚的核反應中質(zhì)量較小的核合成了質(zhì)量較大的

核,故D正確。第30頁/共36頁3-1

(2013重慶理綜,2,6分)鈾是常用的一種核燃料,若它的原子核發(fā)生了

如下的裂變反應

U

n→a+b+

n則a+b可能是

(

)A

Xe

KrB

Ba

KrC

Ba

SrD

Xe

Sr

答案

D根據(jù)核反應中的質(zhì)量數(shù)守恒可知,a+b的質(zhì)量數(shù)應為235+1-2=234,質(zhì)子數(shù)應為92,A項中的質(zhì)量數(shù)為140+93=233,B項中質(zhì)量數(shù)是141+92=2

33,C項中質(zhì)量數(shù)為141+93=234,質(zhì)子數(shù)為56+38=94,D項中質(zhì)量數(shù)為140+94

=234,質(zhì)子數(shù)為54+38=92,綜上可知,答案為D。第31頁/共36頁考點四質(zhì)量虧損及核能的計算

1.應用質(zhì)能方程解題的流程圖書寫核反應方程→計算質(zhì)量虧損Δm→利用ΔE=Δmc2計算釋放的核能2.利用質(zhì)能方程計算核能時,不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進行計算。3.核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算,計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的

單位是“J”。第32頁/共36頁(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計算。因1原子質(zhì)量單位“u”相當于931.5

MeV的能量,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結合能來計算核能原子核的結合能=核子比結合能×核子數(shù)。

典