适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第15章近代物理第2讲原子结构原子核课件
展开一、原子结构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 电子 ,提出了原子的“枣糕模型”。
注意关键词语“绝大多数”“少数”等(2)α粒子散射实验的结果:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了 大角度偏转 ,极少数偏转的角度甚至 大于90° ,也就是说,它们几乎被“撞了回来”,如图所示。 α粒子散射图景(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积 很小 ,但几乎占有全部 质量 ,电子在正电体的外面运动。
3.玻尔理论的三条假设(1)定态假设:原子的能量只能取一系列特定的值,在这些能量状态中原子是 稳定 的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。 (2)跃迁假设:当电子从一种定态轨道跃迁到另一种定态轨道时,会辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν= En-Em 。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s) (3)轨道假设: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。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。
4.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级氢原子能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,…),其中基态能量E1最低,其数值为E1=-13.6 eV。②氢原子的半径公式:rn=n2r1(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。易错辨析·判一判(1)人们认识原子具有复杂结构是从物理学家卢瑟福研究阴极射线发现电子开始的。( × )(2)原子中绝大部分是空的,原子核很小。( √ )(3)按照玻尔理论,核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。( × )
二、原子核1.天然放射现象放射性元素自发地放出 射线 的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明原子核内部是有结构的。 2.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数。
3.原子核的衰变 质量数和电荷数守恒(1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种 原子核 的变化。(2)分类
半衰期是统计学概念,对少数原子核不成立(3)半衰期:放射性元素的原子核有 半数 发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件无关。
4.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。(2)应用:射线测厚仪,放射治疗,培优、保鲜,做 示踪 原子等。 (3)防护:防止放射性对人体组织的破坏。
5.核力和核能(1)核力 短程力,只存在于相邻的核子间原子核内部, 核子间 所特有的相互作用力。 (2)核能①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE= Δmc2 。②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。
6.裂变反应和聚变反应(1)重核裂变①定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
③链式反应:重核裂变产生的 中子 使核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:核裂变物质能够发生链式反应的 最小 体积及其相应的质量。 ⑤裂变的应用:原子弹、核电站。⑥反应堆构造:核燃料、减速剂、 镉棒 、防护层。
(2)轻核聚变①定义:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在 高温 下进行,因此又叫热核反应。
易错辨析·判一判(4)人们认识原子核具有复杂结构是从查德威克发现质子开始的。( × )(5)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后一定还剩50个原子核没有衰变。( × )(6)原子的核子数越多,结合能越大,但是比结合能不一定越大。( √ )
分析原子的核式结构模型所用的规律
对点演练1.(多选)关于卢瑟福的原子核式结构,下列叙述正确的是( )A.原子是一个质量分布均匀的球体B.原子的质量几乎全部集中在原子核内C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D.原子直径的数量级大约是10-10 m,原子核直径的数量级是10-15 m答案 BD解析 原子的质量几乎全部集中在原子核内,A错误,B正确;原子中,原子核带正电,核外电子带负电,C错误;原子直径的数量级是10-10 m,原子核直径的数量级是10-15 m,D正确。
2.(2022山东泰安模拟)根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图为α粒子散射图,图中实线表示α粒子的运动轨迹,则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是( )A.根据α粒子散射实验可以估算原子大小B.图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞C.绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D.图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大答案 C
解析 根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小,A错误;图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用,B错误;绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小,C正确;图中大角度偏转的α粒子,库仑斥力先做负功后做正功,故电势能先增大后减小,D错误。
①光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于能级差hν=En-Em。②碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外≥En-Em。③大于电离能的光子被吸收,将原子电离。
2.电离(1)电离态:n=∞,E=0。(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。氢原子:①基态→电离态:E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV,即为基态的电离能。②n=2→电离态:E吸=0-E2=3.4 eV,即为n=2激发态的电离能。如吸收能量足够大,克服电离能后,电离出的自由电子还具有动能。
典例1.(2020北京卷)氢原子能级示意图如图所示。现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是( )A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66 eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量
2.氢原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量等于高能级的能量减去低能级的能量。在第n能级上的氢原子电离需要吸收的能量等于所在能级的能量的绝对值。答案 C
解析 大量氢原子处于n=3能级,跃迁过程最多可辐射出 =3种不同频率的光子,故A错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为hν1=13.6 eV-1.51 eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为hν2=3.4 eV-1.51 eV,比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,故B错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的能量为E=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV,故C正确;根据能级图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51 eV,故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量,故D错误。
规律方法 确定氢原子辐射光谱线的数量的方法①一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)条。例如一个氢原子由第4能级向低能级跃迁,发出的光谱线条数最多的是逐级跃迁,为3条。
对点演练3.(2022广东卷)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En= ,其中E1=-13.6 eV。下图是按能量排列的电磁波谱,要使n=20的氢原子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是( )A.红外线波段的光子 B.可见光波段的光子C.紫外线波段的光子D.X射线波段的光子答案 A
解析 要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子,则需要吸收光子的能量为E=0- eV=0.034 eV,则被吸收的光子是红外线波段的光子,选项A正确。
4.(2023辽宁沈阳模拟)霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色,如图为氢原子的能级示意图,已知可见光光子能量范围为1.63~3.10 eV,若一群氢原子处于n=4能级,则下列说法正确的是( )A.这群氢原子自发跃迁时能辐射出6种不同频率的可见光B.氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁过程中发出的光为可见光C.辐射出的光中从n=2能级跃迁到n=1能级发出光的频率最大D.用氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁过程中发出的光照射逸出功为3.2 eV的金属钙,不能使金属钙发生光电效应答案 D
解析 这群氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类为 =6,即能辐射出6种不同频率的光子,而这6种光子中从n=4能级跃迁到n=3能级、从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级、从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出的能量不在可见光光子能量范围之内,A错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时辐射出的能量为12.75 eV,不在可见光光子能量范围之内,B错误;辐射出的光中从n=4能级跃迁到n=1能级发出光的频率最大,C错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的能量为2.55 eV,小于钙的逸出功3.2 eV,所以不能使钙发生光电效应,D正确。
1.三种射线的成分和性质
2.α衰变、β衰变的比较
则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上两式即可求出m和n。
对点演练5.(2022山东卷)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
解析 本题考查对半衰期的理解和计算。设半衰期为t0的原子核总数为n1,半衰期为2t0的原子核总数为n2,n=n1+n2,经过2t0,尚未衰变的原子核总数为
1.核反应的四种类型
2.核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算,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/u计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV的能量,所以计算时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。
(1)写出该核反应的反应方程式。(2)该核反应释放的核能是多少?(结果保留三位有效数字)(3)若两个氘核以相同的动能Ek=0.35 MeV正碰而发生核聚变,同时释放出一对向相反方向运动的光子,每个光子的能量为0.5 MeV,试求生成的氦核的动能。
(3)两个氘核正碰而发生核聚变的过程,满足动量守恒,设中子的质量为m,中子的速度大小为v1,氦核的质量为3m,氦核的速度大小为v2,由于碰撞前的总动量为零,则有mv1=3mv2根据能量守恒定律可得
水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为m的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV=1.6×10-13 J,则m约为( )A.40 kgB.100 kgC.400 kgD.1 000 kg答案 C
A.利用速度很大的快中子容易轰击开铀235B.裂变反应堆中,镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度C.要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积D.1 kg铀全部裂变所放出的能量约为2.82×106 kg标准煤完全燃烧时放出的热量答案 BCD
解析 速度很大的快中子不容易被铀235俘获,则需要慢中子才容易轰击开铀核,A错误;裂变反应堆中,中子的数量是控制反应速度的关键,故利用镉棒吸收中子,控制反应速度,B正确;要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积,C正确;铀核裂变的核反应方程是
2024届高考物理一轮总复习第十三章近代物理初步第2节原子结构原子核课件: 这是一份2024届高考物理一轮总复习第十三章近代物理初步第2节原子结构原子核课件,共60页。PPT课件主要包含了JJ汤姆孙,图13-2-1,绝大多数,原子核,子互称同位素,不连续,Em-En,图13-2-2,1n2,-136eV等内容,欢迎下载使用。
新教材适用2024版高考物理一轮总复习第15章近代物理初步第2讲原子结构与原子核课件: 这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第15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梳理·双基自测,核心考点·重点突破,年高考·1年模拟,原子的核式结构,α粒子散射实验,沿原来的方向前进,大于90°,核外空间运动,特征谱线,不连续等内容,欢迎下载使用。
高考物理一轮复习第12章近代物理初步第2课时原子结构与原子核课件: 这是一份高考物理一轮复习第12章近代物理初步第2课时原子结构与原子核课件,共43页。