人教版高考物理一轮复习第14章近代物理初步第2讲原子结构与原子核课件

这是一份人教版高考物理一轮复习第14章近代物理初步第2讲原子结构与原子核课件，共60页。PPT课件主要包含了知识点1，原子的核式结构，α粒子散射实验，仍沿原来的方向前进，大于90°，核外空间运动，知识点2，特征谱线，知识点3，玻尔理论能级等内容，欢迎下载使用。

1 知识梳理·双基自测
1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了_______，提出了原子的“枣糕模型”。
一、原子结构　光谱和能级跃迁
观察上面两幅图，完成以下空格：(1)1909～1911年，英国物理学家卢瑟福进行了________________，提出了核式结构模型。(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上_____________________，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至___________，也就是说它们几乎被“撞了回来”。(3)原子的结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的___________________________都集中在原子核里，带负电的电子在_______________。
几乎全部质量和全部正电荷　
1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的_______(频率)和强度分布的记录，即光谱。2．光谱分类：
1．玻尔的三条假设(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＝_________。(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_________，因此电子的可能轨道也是_________ 。
2．基态和激发态原子能量最低的状态叫_______，其他能量较高的状态叫_________。3．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：En＝_______(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝____________。(2)氢原子的半径公式：rn＝_______(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。
二、原子核　核反应和核能
1．天然放射现象元素_______地放出射线的现象，首先由___________发现。天然放射现象的发现，说明_________还具有复杂的结构。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_____________。3．三种射线放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。
5．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。
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。
核力、结合能、质量亏损
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，亦称核能。3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，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，原子核越稳定。
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＝_______。
一、堵点疏通1．原子中绝大部分是空的，原子核很小。(　　)2．核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。(　　)3．氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。(　　)4．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。(　　)
5．按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。(　　)6．人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。(　　)7．人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。(　　)8．如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。(　　)9．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。(　　)
二、对点激活1．卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型。如图所示的平面示意图中①③两条线表示α粒子运动的轨迹，则沿②所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹是(　　)A．轨迹a　B．轨迹bC．轨迹c　D．轨迹d
[解析]　α粒子带正电，因此α粒子靠近核时，与核间有斥力，沿方向②射向原子核的α粒子比沿方向①的α粒子离核近，与核的作用强，因此α粒子沿方向②进入后与核作用向外侧散射的偏转角应该比沿①的大，故A正确。
2．(2020·河南重点高中月考)根据玻尔理论可知，处于基态的氢原子吸收一个光子后跃迁到高能级，下列说法正确的是(　　)A．核外电子的动能增加B．氢原子的电势能减少C．氢原子的能量增加D．氢原子更加稳定[解析]　本题考查玻尔能级跃迁理论、原子的能量变化。根据玻尔理论可知，氢原子吸收一个光子后，能量增加，C正确；氢原子从基态跃迁到激发态，稳定性减小，D错误；氢原子吸收光子后，核外电子绕原子核做圆周运动的轨道半径增大，对照天体模型可知，静电力做负功，动能减小，电势能增大，A、B错误。
[解析]　X原子核中的核子数为210－4＝206(个)，B项正确；中子数为206－(84－2)＝124个，A项正确；γ射线的电离能力很弱，C项错误；经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，D项正确。
2 核心考点·重点突破
1．能级图中相关量意义的说明
(2021·广西三市调研)氢原子能级图如图所示，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁辐射出的光子中，发现有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，则下列说法正确的是(　　)A．大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，只辐射两种频率的光子B．从n＝3激发态直接跃迁到基态时放出的光子一定能使金属A发生光电效应C．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子能量增大D．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子核外电子动能减小
[解析]　本题考查玻尔氢原子能级跃迁理论的综合应用。大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，有3→1,3→2,2→1，三种情况，所以跃迁过程中将释放出3种频率的光子，故A错误；由题可知，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁所放出的光子中，有两种频率的光子能使金属A发生光电效应，从n＝3跃迁到基态辐射的光子频率最大，则一定能使金属A发生光电效应，故选项B正确；根据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时，放出能量，电子的动能增大，电势能减小，原子总能量减小，故选项C、D错误。
〔变式训练1〕(2021·山西大同联合)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光照射逸出功为1.90 eV的金属铯，下列说法正确的是(　　)A．这群氢原子最多能发出6种不同频率的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光波长最长B．这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应C．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75 eVD．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19 eV
[解析]　本题考查氢原子能级跃迁和光电效应方程。一群氢原子处于n＝4的激发态，可能发出C＝6种不同频率的光子，因为n＝4和n＝3间能级差最小，所以从n＝4跃迁到n＝3发出的光子频率最小，波长最长，选项A正确；从n＝4跃迁到n＝3发出的光子能量值最小，为E43＝E4－E3＝[－0.85－(－1.51)]eV＝0.66 eV＜1.90 eV。所以不能使金属铯发生光电效应，选项B错误；从n＝4跃迁到n＝1发出的光子频率最高，发出的光子能量为13.60 eV－0.85 eV＝12.75 eV。根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，光电子的最大初动能为Ekm＝12.75 eV－1.90 eV＝10.85 eV，选项C、D错误。
注意：①γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。放出γ射线后，原子核的电荷数和质量数都不变，其实质是放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变时，由于产生的某些新核具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。②当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴有γ射线产生，这时可连续放出三种射线。
[解析]　设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x90＝82＋2x－y解得x＝6，y＝4，C错、D对；铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对；铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对。
〔变式训练2〕(2018·江苏高考)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2 T，则相同质量的A和B经过2 T后，剩有的A和B质量之比为(　　)A．1：4　　B．1：2C．2：1　D．4：1
核反应类型及核反应方程
2．核反应过程一般是不可逆的，书写核反应方程不能用等号，只能使用单向箭头“―→”连接，并表示反应方向。3．核反应过程遵循质量数守恒，而不是质量守恒，核反应过程中伴随着能量的巨大变化，反应前后质量会变化，一般质量会亏损。4．核反应过程中遵循电荷数守恒原理。
[解析]　(1)A项为α衰变，B项为原子核的人工转变，C项为轻核聚变，D项为β衰变，故A、C两项正确。(2)①D项为查德威克发现中子的核反应方程；B项是研究原子弹的基本核反应方程；A项是研究氢弹的基本核反应方程。②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144X的质子数为：92－36＝56X的中子数为：144－56＝88。
(1)衰变反应：反应方程左边只有一个原子核，右边有两项且其中包含一个氦核或电子。(2)人工核反应：核反应方程左边有一个原子核和α粒子、中子、质子、氘核等粒子中的一个，右边有一个新核，也可能包括另一个粒子。(3)重核的裂变：左边为重核与中子，右边为两个以上的核并放出若干个粒子。方程两边中子数不可抵消。(4)轻核的聚变：左边为轻核，右边为质量数较大的核。例如氘核和氚核聚变成氦核的反应。
1．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。方程的含义是：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。
2．核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。(1)使较重的核分裂成中等大小的核。(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。
(2)原子核衰变过程中，α粒子、β粒子和新生原子核在磁场中的轨迹。①α衰变中，α粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切，如图(甲)所示。②β衰变中，β粒子和新生原子核在磁场中的轨迹内切，如图(乙)所示。
(3)计算核能的方法①根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2；②根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝质量亏损的原子质量单位数×931.5 MeV。③根据平均结合能来计算核能原子核的结合能＝平均结合能×核子数。④有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2＝2mEk的应用。
3 2年高考·1年模拟
4．(2019·全国卷Ⅰ，14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　)A．12.09 eVB．10.20 eVC．1.89 eVD．1.51 eV