统考版高中物理一轮复习12.2第2讲原子结构原子核课件

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一、原子结构、光谱和能级跃迁1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家____________在研究阴极射线时发现了________，提出了原子的“枣糕模型”．(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家________和他的助手进行了用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，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．(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．
3．氢原子的能级跃迁(1)玻尔理论①轨道量子化与定态：电子的轨道是________的．电子在这些轨道上绕核的运动是________的，不产生电磁辐射．因此，原子的能量也只能取一系列________的值，这些量子化的能量值叫作________．原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．能量最低的状态叫作________，其他的状态叫作________．②频率条件：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二、放射现象、原子核的组成、衰变1．天然放射现象：(1)天然放射现象：放射性元素________地发出射线的现象，首先由________发现．天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结构．放出的射线有α射线、β射线、γ射线三种．(2)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：工业测厚、放射治疗、作为________等．③防护：防止放射性物质对环境的污染和对人体组织的伤害．
中性原子的核外电子数　
三、核力和核能1．核力(1)概念：原子核内部，________所特有的相互作用力．(2)特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在相邻的核子间．2．核能(1)质能关系：E＝________．(2)核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其释放的能量ΔE＝________．(3)核能的吸收：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＝________．
四、重核裂变和轻核聚变1．重核裂变：(1)定义：质量数较________的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较________的原子核的过程．(2)特点①裂变过程中________巨大能量．②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个________．③裂变的产物不是唯一的．对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小．
科学情境1.丹麦物理学家玻尔在1913年把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说．(1)氢原子光谱是由不连续的亮线组成的．(　　)(2)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．(　　)(3)按照玻尔理论，核外电子均匀地分布在各个不连续的轨道上．(　　)(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(　　)(5)氢原子可以吸收任何能量的光子而发生跃迁．(　　)
教材拓展2.[选修3－5P70图19.2－2β衰变](1)β衰变中的电子来源于原子核外电子．(　　)(2)天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．(　　)(3)原子核是由质子和电子组成的．(　　)(4)人工放射性同位素被广泛地应用．(　　)(5)发生β衰变时，新核的电荷数不变．(　　)(6)半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用．(　　)(7)三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．(　　)　
3.[人教版选修3－5改编]卢瑟福进行的α粒子散射实验现象表明(　　)A．在原子的中心有一个很小的核B．原子核具有复杂结构C．原子核集中了原子所有的质量D．核外电子在绕核旋转
解析：汤姆孙发现了电子，标志着原子结构研究的开始，卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，而天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故B错误；为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，故A正确，C错误；实验现象不能说明电子的运动规律，故D错误．
解析：本题考查元素的衰变和质能方程．根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒得X的电荷数为94－2＝92，质量数为239－4＝235，则中子数为235－92＝143，故A正确；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，故B错误；衰变发出的γ射线是频率很高的电磁波，具有很强的穿透能力，故C正确；在衰变的过程中，根据质能方程知，有能量放出，则一定有质量亏损，故D错误．
解析：A、B所列反应是核聚变，不是β衰变，β衰变要放出电子，故A对，B错；C、D两种反应都是核裂变，故C对，D错．
例1 [2022·永州一模]如图所示为氢原子的能级图，用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只辐射出三种不同频率的光a、b、c，频率νa>νb>νc，下列说法正确的是(　　)A．照射氢原子的光子能量为12.75 eVB．从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光频率为νaC．从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光频率为νcD．光a能使逸出功为10.2 eV的某金属发生光电效应
跟进训练1.下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)A．图甲：光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．图乙：铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应C．图丙：氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的D．图丁：卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子核均匀分布在原子内的结构模型
解析：图甲的光电效应中，由爱因斯坦的光电效应方程可知Ek＝hν－W0，说明光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不成正比，选项A错误；图乙中，铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应，选项B正确；图丙中，氢原子能级是分立的，原子发射光子的频率也是不连续的，选项C错误；图丁中，卢瑟福通过α粒子散射实验，提出的是原子的核式结构模型，选项D错误．
2．如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图．已知谱线b是氢原子从n＝5能级直接跃迁到n＝2能级时发出的光谱线，则谱线a可能是氢原子(　　)A．从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级时发出的光谱线B．从n＝3的能级直接跃迁到n＝1的能级时发出的光谱线C．从n＝4的能级直接跃迁到n＝1的能级时发出的光谱线D．从n＝4的能级直接跃迁到n＝2的能级时发出的光谱线 
解析：由谱线a的光子的波长大于谱线b的光子的波长，可知谱线a的光子频率小于谱线b的光子频率，所以谱线a的光子能量小于n＝5和n＝2间的能级差，选项D正确，选项A、B、C错误．
2．α衰变、β衰变的比较
例2[2021·全国甲卷，17]如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为(　　)A．6 B．8 C．10 D．14
跟进训练3.[2021·湖南卷，1]核废料具有很强的放射性，需要妥善处理．下列说法正确的是(　　)A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害 
考点三　核反应类型与核反应方程核反应的四种类型
解析：(1)为α衰变，(2)为β衰变，衰变过程同时释放能量，A错误；(3)是卢瑟福用α粒子轰击氮原子核产生氧的一种同位素，是人类第一次原子核的人工转变，而核衰变是原子核自发产生的变化，B错误，C正确；(4)为核聚变反应方程，可控核聚变是人类正在尝试的技术之一，D正确．
解析：中子的电荷数Z＝0，质量数A＝1，核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，因此可计算得R＝3，故A错误；核反应堆中通过镉板吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，所以B正确；在链式反应中，当实际“传染系数”R≥1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”R<1时，反应将趋于停滞，即R＝1是链式反应持续下去的临界值，故C正确；核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”，所以D错误．
考点四　核能及其计算1．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计算．因1原子质量单位(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”．