《2019年度高考物理一輪復習 第十二章 近代物理初步 第2講 原子和原子核課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年度高考物理一輪復習 第十二章 近代物理初步 第2講 原子和原子核課件.ppt（79頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

第十二章近代物理初步 第2講原子和原子核 過好雙基關 一 原子物理1 原子的核式結構 1 1909 1911年 英籍物理學家進行了 粒子散射實驗 提出了核式結構模型 2 粒子散射實驗的結果 絕大多數 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進 但有 粒子發(fā)生了大角度偏轉 偏轉的角度甚至大于90 也就是說它們幾乎被 撞了回來 如圖1所示 圖1 盧瑟福 少數 3 原子的核式結構模型 原子中帶正電部分的體積 但幾乎占有全部 電子在正電體的外面運動 很小 質量 2 氫原子光譜 1 光譜 用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開 獲得光的 頻率 和強度分布的記錄 即光譜 2 光譜分類 波長 連續(xù) 吸收 特征 4 光譜分析 利用每種原子都有自己的可以用來鑒別物質和確定物質的組成成分 且靈敏度很高 在發(fā)現和鑒別化學元素上有著重大的意義 特征譜線 3 玻爾理論 1 定態(tài) 原子只能處于一系列的能量狀態(tài)中 在這些能量狀態(tài)中原子是的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 2 躍遷 電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時 會放出能量為h 的光子 這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定 即h h是普朗克常量 h 6 63 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 因此電子的可能軌道也是 不連續(xù) 穩(wěn)定 Em En 不連續(xù)的 不連續(xù)的 4 氫原子的能量和能級變遷 1 能級和半徑公式 能級公式 En n 1 2 3 其中E1為基態(tài)能量 其數值為E1 eV 半徑公式 rn n 1 2 3 其中r1為基態(tài)軌道半徑 又稱玻爾半徑 其數值為r1 0 53 10 10m 13 6 n2r1 2 氫原子的能級圖 如圖2所示 圖2 答案 自測1 多選 如圖3所示為盧瑟福和他的同事們做 粒子散射實驗裝置的示意圖 熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A B C D四個位置時觀察到的現象 下述說法中正確的是A 放在A位置時 相同時間內觀察到屏上的閃光次數最多B 放在B位置時 相同時間內觀察到屏上的閃光次數只比A位置時稍少些C 放在C D位置時 屏上觀察不到閃光D 放在D位置時 屏上仍能觀察到一些閃光 但次數極少 圖3 解析 解析根據 粒子散射現象 絕大多數 粒子沿原方向前進 少數 粒子發(fā)生較大偏轉 A B D正確 答案 自測2一個氫原子從n 3能級躍遷到n 2能級 該氫原子A 放出光子 能量增加B 放出光子 能量減少C 吸收光子 能量增加D 吸收光子 能量減少 二 天然放射現象和原子核1 天然放射現象 1 天然放射現象元素地放出射線的現象 首先由發(fā)現 天然放射現象的發(fā)現 說明原子核具有的結構 2 放射性同位素的應用與防護 放射性同位素 有放射性同位素和放射性同位素兩類 放射性同位素的化學性質相同 應用 消除靜電 工業(yè)探傷 做等 防護 防止放射性對人體組織的傷害 自發(fā) 貝可勒爾 復雜 天然 人工 示蹤原子 2 原子核的組成 1 原子核由質子和中子組成 質子和中子統(tǒng)稱為 質子帶正電 中子不帶電 2 基本關系 核電荷數 Z 質子數 元素的原子序數 質量數 A 質子數 中子數 3 X元素的原子核的符號為X 其中A表示 Z表示核電荷數 核子 核外電子數 核子數 質量數 3 原子核的衰變 半衰期 1 原子核的衰變 原子核放出 粒子或 粒子 變成另一種的變化稱為原子核的衰變 分類 原子核 當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時 原子核中有的發(fā)生 衰變 有的發(fā)生 衰變 同時伴隨著 輻射 2 半衰期 定義 放射性元素的原子核有發(fā)生衰變所需的時間 影響因素 放射性元素衰變的快慢是由核自身的因素決定的 跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系 3 公式 N余 N原 m余 m原 半數 內部 4 核力和核能 1 原子核內部 所特有的相互作用力 2 核子在結合成原子核時出現質量虧損 m 其對應的能量 E 3 原子核分解成核子時要吸收一定的能量 相應的質量增加 m 吸收的能量為 E 核子間 mc2 mc2 答案 自測3 2015 福建理綜 30 1 下列有關原子結構和原子核的認識 其中正確的是A 射線是高速運動的電子流B 氫原子輻射光子后 其繞核運動的電子動能增大C 太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D Bi的半衰期是5天 100克Bi經過10天后還剩下50克 解析 解析 射線是高速電子流 而 射線是一種電磁波 選項A錯誤 氫原子輻射光子后 繞核運動的電子距核更近 動能增大 選項B正確 太陽輻射能量的主要來源是太陽內部氫核的聚變 選項C錯誤 研透命題點 命題點一玻爾理論和能級躍遷 基礎考點自主悟透 2 電離電離態(tài)與電離能電離態(tài) n E 0基態(tài) 電離態(tài) E吸 0 13 6eV 13 6eV 激發(fā)態(tài) 電離態(tài) E吸 0 En En 若吸收能量足夠大 克服電離能后 獲得自由的電子還攜帶動能 例1 多選 2017 江西南昌檢測 如圖4所示是氫原子的能級圖 現有大量處于n 3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷 所輻射的光子中只有一種能使某金屬產生光電效應 以下判斷正確的是A 該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n 3躍遷到基態(tài)時輻射的光子B 若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n 3躍遷到低能級 可輻射出3種頻率的光子C 若氫原子從激發(fā)態(tài)n 4躍遷到基態(tài) 輻射出的光子一定能使該金屬產生光電效應D 若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n 4躍遷到低能級 則會有3種光子使該金屬產生光電效應 圖4 答案 變式1 多選 如圖5是氫原子的能級圖 一群氫原子處于n 3能級 下列說法中正確的是A 這群氫原子躍遷時能夠發(fā)出3種不同頻率的波B 這群氫原子發(fā)出的光子中 能量最大為10 2eVC 從n 3能級躍遷到n 2能級時發(fā)出的光波長最長D 這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級躍遷 答案 解析 圖5 由n 3躍遷到n 1 輻射的光子能量最大 E 13 6 1 51 eV 12 09eV 故B錯誤 從n 3躍遷到n 2輻射的光子能量最小 頻率最小 則波長最長 故C正確 一群處于n 3能級的氫原子發(fā)生躍遷 吸收的能量必須等于兩能級的能級差 故D錯誤 1 衰變規(guī)律及實質 1 衰變 衰變的比較 命題點二原子核的衰變及半衰期 能力考點師生共研 2 射線 射線經常伴隨著 衰變或 衰變同時產生 其實質是放射性原子核在發(fā)生 衰變或 衰變的過程中 產生的新核由于具有過多的能量 原子核處于激發(fā)態(tài) 而輻射出光子 2 確定衰變次數的方法因為 衰變對質量數無影響 所以先由質量數的改變確定 衰變的次數 然后再根據衰變規(guī)律確定 衰變的次數 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部自身因素決定的 跟原子所處的物理狀態(tài) 如溫度 壓強 或化學狀態(tài) 如單質 化合物 無關 例2 2017 全國卷 15 一靜止的鈾核放出一個 粒子衰變成釷核 衰變方程為 下列說法正確的是A 衰變后釷核的動能等于 粒子的動能B 衰變后釷核的動量大小等于 粒子的動量大小C 鈾核的半衰期等于其放出一個 粒子所經歷的時間D 衰變后 粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量 答案 解析 解析靜止的鈾核在 衰變過程中 滿足動量守恒的條件 根據動量守恒定律得pTh p 0 即釷核的動量和 粒子的動量大小相等 方向相反 選項B正確 半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律 對于一個 粒子不適用 選項C錯誤 鈾核在衰變過程中 伴隨著一定的能量放出 即衰變過程中有一定的質量虧損 故衰變后 粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量 選項D錯誤 變式2 2017 湖南長沙三月模擬 一個靜止的鈾核 放在勻強磁場中 它發(fā)生一次 衰變后變?yōu)殁Q核 粒子和釷核都在勻強磁場中做勻速圓周運動 某同學作出如圖6所示運動徑跡示意圖 以下判斷正確的是A 1是 粒子的徑跡 2是釷核的徑跡B 1是釷核的徑跡 2是 粒子的徑跡C 3是 粒子的徑跡 4是釷核的徑跡D 3是釷核的徑跡 4是 粒子的徑跡 答案 解析 圖6 變式3 2017 山西五校四聯(lián) 在很多裝飾材料中 都不同程度地含有放射性元素 下列說法正確的是A 射線 射線和 射線都是電磁波B 在 三種射線中 射線的電離能力最強C 氡的半衰期為3 8天 4個氡原子核經過7 6天后一定只剩下1個氡原子核D 放射性元素發(fā)生 衰變時所釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子時產生的 答案 解析 在 三種射線中 射線的電離能力最強 射線的電離能力最弱 B項錯誤 半衰期是對大量原子核的衰變行為作出的統(tǒng)計規(guī)律 對于少數原子核無意義 C項錯誤 1 核反應的四種類型 命題點三核反應及核反應類型 基礎考點自主悟透 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 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 核反應過程中質量數守恒 電荷數守恒 例3 1 關于核衰變和核反應的類型 下列表述正確的有 答案 解析 解析A為 衰變 B為原子核的人工轉變 C為輕核聚變 D為 衰變 故只有D正確 2 現有四個核反應 答案 解析 是發(fā)現中子的核反應方程 是研究原子彈的基本核反應方程 是研究氫彈的基本核反應方程 D B A 解析D為查德威克發(fā)現中子的核反應方程 B是研究原子彈的基本核反應方程 A是研究氫彈的基本核反應方程 C是一種衰變反應 答案 解析 B項中X的質量數為 中子數為 解析X的質量數為 235 1 89 3 144X的質子數為92 36 56X的中子數為144 56 88 144 88 解析 X的質量數為 235 1 89 3 144X的質子數為92 36 56X的中子數為144 56 88 變式4 2017 天津理綜 1 如圖7所示 我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證 這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻 下列核反應方程中屬于聚變反應的是 答案 解析 圖7 答案 解析 B 核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C 核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒D 核反應前后核子數相等 所以生成物的質量等于反應物的質量之和 核反應過程中釋放的核力遠遠大于外力 故系統(tǒng)動量守恒 B正確 核反應過程中系統(tǒng)能量守恒 C錯誤 由于反應過程中 要釋放大量的能量 伴隨著質量虧損 所以生成物的質量小于反應物的質量之和 D錯誤 答案 解析 變式6 2016 全國卷 35 1 在下列描述核過程的方程中 屬于 衰變的是 屬于 衰變的是 屬于裂變的是 屬于聚變的是 填正確答案標號 C AB E F 1 利用質能方程計算核能 1 根據核反應方程 計算出核反應前與核反應后的質量虧損 m 2 根據愛因斯坦質能方程 E mc2計算核能 質能方程 E mc2中 m的單位用 kg c的單位用 m s 則 E的單位為 J 3 E mc2中 若 m的單位用 u 則可直接利用 E m 931 5MeV計算 E 此時 E的單位為 MeV 即1u 1 6606 10 27kg 相當于931 5MeV 這個結論可在計算中直接應用 命題點四質量虧損及核能的計算 能力考點師生共研 2 利用比結合能計算核能原子核的結合能 核子的比結合能 核子數 核反應中反應前系統(tǒng)內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差 就是該核反應所釋放 或吸收 的核能 答案 解析 解析根據質能方程 釋放的核能 E mc2 m 2mH mHe mn 0 0035u 則 E 0 0035 931MeV 3 2585MeV 3 3MeV 故B正確 A C D錯誤 例5 多選 原子核的比結合能曲線如圖8所示 根據該曲線 下列判斷正確的有 答案 解析 圖8 變式7用放射源釙放出的 射線轟擊鈹Be時 能放出一種穿透力極強的中性射線 這就是所謂的鈹 輻射 1932年 英國物理學家查德威克用鈹 輻射 分別照射 轟擊 氫和氮 氫和氮可視為靜止 測得照射后沿鈹 輻射 方向高速運動的氫核和氮核的速度之比為7 1 查德威克假設鈹 輻射 是由一種質量不為零的中性粒子構成的 從而通過上述實驗在歷史上首次發(fā)現了中子 為人類確定原子核的結構做出了重要貢獻 若已知 粒子的質量為4 001509u 中子的質量為1 008665u 鈹核的質量為9 01219u 碳核的質量為12 00000u 試確定核反應中所釋放的核能為多少 答案4 7MeV 答案 解析 變式8已知氘核的比結合能為1 1MeV 氦核的比結合能為7 1MeV 則兩個氘核結合成一個氦核時A 釋放出4 9MeV的能量B 釋放出6 0MeV的能量C 釋放出24 0MeV的能量D 吸收4 9MeV的能量 答案 解析 課時作業(yè) 1 多選 下列說法正確的是A 天然放射現象的發(fā)現揭示了原子的核式結構B 一群處于n 3能級激發(fā)態(tài)的氫原子 自發(fā)躍遷時能發(fā)出最多3種不同頻率的光C 放射性元素發(fā)生一次 衰變 原子序數增加1D U的半衰期約為7億年 隨著地球環(huán)境的不斷變化 半衰期可能變短 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 在盧瑟福 粒子散射實驗中 金箔中的原子核可以看做靜止不動 下列各圖畫出的是其中兩個 粒子經歷金箔散射過程的徑跡 其中正確的是 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析金箔中的原子核與 粒子都帶正電 粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用 A D錯 由原子核對 粒子的斥力作用及物體做曲線運動的條件知曲線軌跡的凹側應指向 粒子所受力的方向 B錯 C對 3 下列說法正確的是A 是一種核裂變反應B 核反應堆產生的能量一定來自輕核聚變C 太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反應D 盧瑟福為解釋 粒子散射實驗現象提出了原子核式結構學說 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4 關于天然放射現象 以下敘述正確的是A 若使放射性物質的溫度升高 其半衰期將變大B 衰變所釋放的電子是原子核內的質子轉變?yōu)橹凶訒r產生的C 在 這三種射線中 射線的穿透能力最強 射線的電離能力最強D 鈾核 U 衰變?yōu)殂U核 Pb 的過程中 要經過8次 衰變和6次 衰變 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5 多選 下列說法正確的是A 天然放射性現象說明原子核內部具有復雜的結構B 粒子散射實驗說明原子核內部具有復雜的結構C 原子核發(fā)生 衰變生成的新核原子序數增加D 氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析 解析天然放射現象說明原子核內部具有復雜的結構 A正確 粒子散射實驗說明原子具有核式結構 B錯誤 根據電荷數守恒 質量數守恒知 衰變放出了一個電子 新核的電荷數增加1 即原子序數增加 C正確 氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的能量 故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長 D錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 6 多選 2014 新課標全國卷 35 1 改編 關于天然放射性 下列說法正確的是A 所有元素都可能發(fā)生衰變B 放射性元素的半衰期與外界的溫度無關C 放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D 和 三種射線中 射線的穿透能力最強 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 14 解析自然界中絕大部分元素沒有放射現象 選項A錯誤 放射性元素的半衰期只與原子核結構有關 與其他因素無關 選項B C正確 和 三種射線電離能力依次減弱 穿透能力依次增強 選項D正確 7 2017 天津和平質量調查 下列說法正確的是A 盧瑟福用 粒子轟擊N核獲得反沖核O發(fā)現了質子B 普朗克通過對光電效應現象的分析提出了光子說C 玻爾通過對天然放射現象的研究提出了氫原子能級理論D 湯姆孫發(fā)現電子從而提出了原子的核式結構模型 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析光子說是愛因斯坦提出的 B錯誤 玻爾通過對氫原子光譜的成因的研究提出了氫原子能級理論 C項錯誤 盧瑟福通過 粒子的散射實驗 提出了原子的核式結構模型 D項錯誤 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析原子核衰變時質量數守恒 電荷數守恒 235 4m 207 92 82 2m n 兩式聯(lián)立解得 m 7 n 4 A項錯誤 14 半衰期由原子核內部自身的因素決定 與溫度和壓強無關 D項錯誤 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析根據核反應方程質量數和電荷數守恒可判斷出X為e 所以此反應為 衰變 A正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 利用半衰期公式m余 m原 解得m余 2g 則D錯誤 10 用頻率為 0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子 在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為 1 2和 3的三條譜線 且 3 2 1 則A 0 1B 3 2 1C 0 1 2 3D 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 11 處于激發(fā)狀態(tài)的原子 在入射光的電磁場的影響下 從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷 兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去 這種輻射叫做受激輻射 原子發(fā)生受激輻射時 發(fā)出的光子頻率 發(fā)射方向等都跟入射光子完全一樣 這樣使光得到加強 這就是激光產生的機理 那么 發(fā)生受激輻射時 產生激光的原子的總能量E 電勢能Ep 電子動能Ek的變化情況是A Ep增大 Ek減小 E減小B Ep減小 Ek增大 E減小C Ep增大 Ek增大 E增大D Ep減小 Ek增大 E不變 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 14 12 多選 以下有關近代物理內容的若干敘述 正確的是A 紫外線照射到金屬鋅板表面時能發(fā)生光電效應 則當增大紫外線的照射強度時 從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B 玻爾認為 原子中電子軌道是量子化的 能量也是量子化的C 光子不僅具有能量 也具有動量D 根據玻爾能級理論 氫原子輻射出一個光子后 將由高能級向較低能級躍遷 核外電子的動能增加 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 13 2017 河南六市一聯(lián) 以下說法正確的是A 氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時 電子的動能減小 原子電勢能增大 原子能量減小B 紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠產生光電效應 則當增大紫外線的照射強度時 從鋅板表面逸出的光電子的個數增多 光電子的最大初動能增大C 氫原子光譜有很多不同的亮線 說明氫原子能發(fā)出很多不同的頻率的光 但它的光譜不是連續(xù)譜D 天然放射現象的發(fā)現揭示了原子核有復雜的結構 陰極射線是原子核內的中子轉變?yōu)橘|子時產生的高速電子流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時 電子的動能減小 原子電勢能增大 原子能量增大 A項錯誤 由Ek h W0可知 只增加光照強度而不改變光的頻率 光電子的最大初動能不變 B項錯誤 原子核內的中子轉變?yōu)橘|子時產生的高速電子流是 射線 不是陰極射線 D項錯誤 14 14 用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核 Li 發(fā)生核反應后生成氚核和 粒子 生成的氚核速度方向與中子的初速度方向相反 氚核與 粒子的速度之比為7 8 中子的質量為m 質子的質量可近似看做m 光速為c 1 寫出核反應方程 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 求氚核與 粒子的速度大小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析設中子的初速度方向為正方向 由動量守恒定律得mv 3mv1 4mv2由題意得v1 v2 7 8 答案 解析 3 若核反應過程中放出的核能全部轉化為 粒子和氚核的動能 求出質量虧損 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析氚核和 粒子的動能之和為 14 釋放的核能為 由愛因斯坦質能方程得 質量虧損為