【绿色通道】2012高考物理 原子结构原子核课件 新人教版选修3-5

一、原子结构在原子中有一个很小的核，叫________，它集中了原子的全部________和几乎全部的________，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转．原子核半径的数量级为________．二、氢原子光谱1．光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的________成分和________分布的记录，即光谱．2．光谱分类有些光谱是一条条的________，这样的光谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的________，这样的光谱叫做连续谱．3．氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R122－1n2，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n为量子数．三、玻尔理论、能级1．玻尔原子模型(1)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是________的．(2)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是________的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是________的，不向外辐射能量．(3)跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要________或________一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的________，即hν＝________.2．能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的________叫能级．3．基态和激发态：原子能量________的状态叫基态，其他能量(相对于基态)较高的状态叫激发态．4．量子数：现代物理学认为原子的可能状态是不连续的，各状态可用正整数1,2,3，…表示，叫做量子数，一般用n表示．5．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子半径公式rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，也称为玻尔半径，r1＝0.53×10－10m.(2)氢原子能级公式En＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为氢原子基态的能量值，E1＝－13.6eV.四、原子核的组成1．原子核由________和________组成．2．具有相同的________、不同的________的原子互称为同位素，同位素具有________的化学性质．3．物质发射射线的性质称为________，放射性元素自发地放出射线的现象叫做________．五、核反应1．衰变原子核________地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的________．放射性元素衰变时放出的射线共有三种：α射线，________射线和________射线，其射线的本质和性质如下表：种类本质电离本领穿透本领α射线____最强____(空气中几厘米或一张薄纸)β射线______________(几毫米的铝板)γ射线__________最短(几厘米的铅板)按照衰变时放出粒子的不同又分为α衰变和β衰变，其核反应方程如下：92238U→90234Th________(α衰变)90234Th→91234Pa＋________(β衰变)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它表示放射性元素衰变的快慢，半衰期是由________的性质决定的，与它所处的________________无关，不同的放射性元素半衰期不同．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为________________________________________________________________________(2)查德威克发现中子的核反应方程为________________________________________________________________________(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：________________________________________________________________________.3．核裂变和核聚变(1)重核裂变重核裂变：是重核分裂成________的核的反应过程．如：92235U＋01n―→54136Xe＋3890Sr＋________01n.由于重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为________，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积________临界体积．裂变的应用：原子弹、核反应堆．(2)轻核聚变聚变是两个轻核结合成________的核的反应过程．如：13H＋12H→24He＋________＋17.60MeV使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫________．4．核反应方程遵循的规律(1)质量数守恒．(2)电荷数守恒．六、核能1．核力：核子间的作用力．其特点为短程强引力：作用范围为2.0×10－15m．只在________的核子间发生作用．2．核能：________结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的________能，亦称核能．3．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＝________.答案：一、原子核正电荷质量10－15m二、1.波长(频率)强度2.亮线光带三、1.不连续量子化稳定辐射吸收能量差|E初－E末|2.能量值3.最低四、1.质子中子2.质子数中子数相同3.放射性天然放射现象五、1.自发衰变βγ24He最弱－10e较弱较强光子最弱24He－10e元素物理状态和化学状态2．714N＋24He→817O＋11H49Be＋24He→612C＋01n1327Al＋24He→1530P＋01n，1530P→1430Si＋＋10e3.中等质量10链式反应大于质量较大01n热核反应六、1.相邻2.核子结合3.mc2Δmc21．由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份的吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应．2．而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以电子的动能形式存在，这样电子的最大初动能12mv2＝12mvm2＝hν－W，其中W为金属的逸出功，可见光的频率越高，电子的最大初动能越大．3．电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应的发生几乎是瞬时的．4．发生光电效应时，单位时间内逸出的电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的电子数目也就越多．1．原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．2．原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．3．当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．4．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地被原子吸收，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)，均可使原子发生能级跃迁．一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝nn－12＝Cn2.5．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．1．原子核衰变规律衰变类型α衰变β衰变衰变方程ZAX→Z－2A－4Y＋24HeZAX→Z＋1AY＋－10e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子211H＋201n→24He01n→11H＋－10e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒式中N、M分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量．t表示衰变时间，τ表示半衰期．3．确定衰变次数的方法设放射性元素ZAX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Z′A′Y，则表示该核反应的方程为：ZAX→Z′A′Y＋n24He＋m－10e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，由质量数的改变先确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．类型可控性典例核反应方程衰变α衰变自发92238U→90234Th＋24Heβ衰变自发90234Th→91234Pa＋－10e人工转变人工控制714N＋24He→817O＋11H(卢瑟福发现质子)24He＋49Be→612C＋01n(查德威克发现中子)1327Al＋24He→1530P＋01n（约里奥·居里夫妇发现放射性同位素）1530P→1430Si＋＋10e重核裂变比较容易进行人工控制92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n92235U＋01n→54136Xe＋3890Sr＋1001n轻核聚变除氢弹外无法控制12H＋13H→24He＋01n1．获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成两个(或多个)中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积．重核的裂变：如92235U＋01n―→3890Sr＋54136Xe＋1001n.应用：原子弹、原子反应堆．(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．轻核的聚变：如12H＋13H―→24He＋01n.应用：氢弹、可控热核反应．(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×931.5MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(3)根据平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子平均结合能×核子数．(2010·江苏单科)(1)研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A/K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(填“增大”“减小”或“不变”)，原因是________．(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为－3.4eV和－1.51eV，金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应．解析：(1)i强i弱，但截止电压相等，C正确．(3)氢原子放出的光子能量E＝E3－E2，代入数据得E＝1.89eV，金属钠的逸出功W0＝hνc，代入数据得W0＝2.3eV.因为EW0，所以不能发生光电效应．答案：(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)不能发生光电效应．跟踪训练1铝的逸出功是4.2eV，现在将波长为200nm的光照射铝的表面．(1)求电子的最大初动能；(2)求铝的极限频率．答案：(1)3.225×10－19J(2)1.014×1015Hz解析：(1)根据光电效应方程，有12mv2＝hcλ－W＝6.63×10－34×3.0×108200×10