人教版高考物理一轮复习第12章近代物理初步第2讲原子结构与原子核课件

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一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家 发现了电子。(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家 和他的学生进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿 方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。
(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的 和几乎全部 都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的 (频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类有些光谱是一条条的 ，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的 ，这样的光谱叫作连续谱。
3．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝ 。(m>n；h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是 的，因此电子的可能轨道也是 的。
4．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示
二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1．原子核的组成原子核是由 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 。2．天然放射现象(1)天然放射现象元素 地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明 具有复杂的结构。
(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫 。具有放射性的元素叫 元素。(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是 、 、 。
(4)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。②应用：消除静电、工业探伤、作 等。③防护：防止放射性对人体组织的伤害。
三、核力、结合能、质量亏损1．核力(1)定义原子核内部，核子间所特有的相互作用力。(2)特点①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。
2．结合能核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时 的能量，叫作原子核的结合能。3．比结合能(1)定义原子核的结合能与 之比，称作比结合能，也叫平均结合能。(2)特点不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越 。
 4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝ 。原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝ 。
(3)链式反应：由重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生 的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用： 、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、 、防护层。
1．几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。(2)基态：原子能量最低的状态。(3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态。(4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。
(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。(2)横线左端的数字“1,2,3，…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级。(3)相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小。
3．对原子跃迁条件hν＝Em－En的说明(1)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于原子在各定态之间跃迁的情况。(2)当光子能量大于或等于13.6 eV(或|En|)时，也可以被处于基态(或n能级)的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态(或n能级)的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV(或|En|)时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动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两能级的能量差值(E＝Em－En)，就可使原子发生能级跃迁。
(2)原子的电势能的变化规律①通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，原子的电势能减小。
1. (2021·四川成都调研)氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm，下列判断正确的是(　　)
A．氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应C．一个处于n＝4的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D．用能量为1.0 eV的光子照射处于n＝4能级的氢原子，可以使氢原子电离
1．α衰变、β衰变的比较
注意：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生，其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。
解析：半衰期由原子核自身决定，与外界因素无关，故A错误；半衰期是描述大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核没有意义，故B错误；在α、β衰变中伴随产生γ射线，衰变前后的核子总数不变，因衰变释放能量，根据ΔE＝Δmc2可知，衰变前后存在质量亏损，故C正确；由质量数守恒知238＝206＋4×8，即经过8次α衰变，再由电荷数守恒知92＝82＋2×8－6，即经过6次β衰变，故D错误。
5．(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半。铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的原子总数，由此可以判断出(　　)A．铀238的半衰期为90亿年B．地球的年龄大致为45亿年C．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4D．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3
易错警示原子核衰变、半衰期的3点提醒(1)半衰期是一个统计概念，只有对大量的原子核才成立，对少数的原子核无意义。(2)经过一个半衰期，有半数原子核发生衰变变为其他物质，而不是消失。(3)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的外部条件及化学状态无关。
2.对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。
3．核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。
核反应方程、原子核的衰变及核能的计算在近几年高考命题中出现的频率较高，分析高考题可以发现，每年的考题都是源于教材习题的拓展提升。教材习题多以单独的核反应方程、半衰期的分析或核能计算为主，而高考题通常会拓展为核反应方程与核能的计算的综合应用，甚至拓展为核反应方程、原子核的衰变、核能的计算及动量的综合应用，考查学生灵活应用知识解决问题的能力。同学们可通过以下示例认真体会，研究高考真题与教材习题间的溯源关系，以便在新高考备考中做到有的放矢。
【真题命题立意】　本题在典例书写核反应方程的基础上，拓展为核反应方程与核能计算的综合问题，题目中的考查点由典例中的质量数、电荷数守恒的应用，拓展为质能方程的应用，但考查的核心知识点仍然是核反应中基本规律的应用。
解析：因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损Δm＝4mp－mα，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV，C正确。
【真题命题立意】　本题在典例书写核反应方程的基础上，拓展为衰变过程中核子数计算的问题，题目中的考查点由典例中的质量数、电荷数守恒的应用，拓展为结合核反应方程利用质量数、电荷数守恒计算核子数，但考查的核心知识点仍然是核反应中基本规律的应用。
解析：设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有：92＝x＋38,235＋1＝y＋94＋2，解得x＝54，y＝140，所以X的中子数为y－x＝86，故A正确；根据A选项的解析可知，X含有质量数为140，即核子数为140，故B错误；裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会增加，裂变过程存在质量有亏损，质量不守恒，故C、D错误。