（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第十一章 第3讲 原子结构和原子核课件

第3讲原子结构和原子核基础过关知识梳理42 8484;84 84 1.(多选)(2018江苏六市调研)关于原子核和原子核的变化,下列说法中正确的是 (AC)A.维系原子核稳定的力是核力,核力可能是吸引力,也可能是排斥力B.原子序数小于83的元素的原子核不可能自发地衰变C.重核发生裂变反应时,生成新核的比结合能变大D.原子核发生变化时,一定会释放能量基础自测解析维系原子核稳定的力是核力,核力可以是吸引力,也可以是排斥力,A正确;原子序数小于83的元素的一些同位素也可以自发衰变,B错误;重核发生裂变反应时,释放能量,所以生成新核的比结合能变大,C正确;原子核发生变化时,如果质量增大,则吸收能量,D错误。2.(2018南京、海安四模)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108K时,可以发生“氦燃烧”。完成“氦燃烧的核反应方程为 He+ Be+γ Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16s,大量的 Be核,经7.8×10-16s后所剩 Be是开始时的。42 8484;84 84 答案 He 42　18解析根据电荷数守恒、质量数守恒,可知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 He。经7.8×10-16s,即经历了3个半衰期,所剩 Be占开始的 = 。42 84 31218考点一氢原子光谱原子的能级考点二放射性同位素、原子核的组成、原子核的衰变、半衰期、放射性的应用考点突破考点三核反应方程及类型考点四核力与结合能裂变反应聚变反应考点一氢原子光谱原子的能级氢原子能级图(如图所示)的意义:(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。(2)横线左端的数字“1,2,…”表示量子数,右端的数据“-13.6eV,-3.4eV,…”表示氢原子的能级。(3)相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小。(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁条件为:hν=Em-En。例1(多选)(2018徐州期末)如图所示为氢原子的能级图,一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,下列说法正确的是 (AB)A.处于n=1能级时电子离原子核最近B.这些氢原子共能辐射出6种频率的光子C.从n=4能级跃迁到n=3能级时产生的光波长最短D.电子处于n=2能级时可以吸收能量为2eV的光子跃迁到更高能级解析量子数越小,离原子核越近,可知处于n=1能级的电子离原子核最近,故A项正确;根据 =6知,这些氢原子共能辐射出6种不同频率的光子,故B项正确;n=4和n=3间的能级差最小,辐射的光子频率最小,波长最长,故C项错误;电子处于n=2能级时如果吸收能量为2eV的光子,能量为-1.4eV,氢原子没有此能级,不能被吸收发生跃迁,故D项错误。24C方法技巧(1)当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的电势能减小,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。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:①用数学中的组合知识求解,N= = ;②利用能级图求解,在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。2Cn(1)2nn(3)当光子能量大于或等于13.6eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的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。方法技巧(4)实物粒子和原子作用而使原子激发或电离,是通过实物粒子和原子碰撞来实现的。在碰撞过程中,实物粒子的动能可以全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两个能级差值,就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级;当入射粒子的动能大于原子在某能级的能量值时,也可以使原子电离。考点二放射性同位素、原子核的组成、原子核的衰变、半衰期、放射性的应用1.同位素:具有相同质子数和不同中子数的原子核。2.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。衰变类型α衰变β衰变衰变方程 衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体中子转化为质子和电子  衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(2)α衰变和β衰变的比较(3)γ射线:γ射线经常是伴随着α射线或β射线产生的。(4)三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e-e0质量4mp,mp=1.67×10-27kg 静止质量为零符号  γ速度0.1c0.99cc在电磁场中的偏转偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱3.半衰期(1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。(2)衰变规律:N=N0 、m=m0 。(3)影响因素:由原子核内部因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件无关。/12tτ/12tτ例2(多选)(2018徐州期末 I是核电站中核反应的副产物,它可以衰变成 Xe,半衰期为8天,某次检测中发现空气样品的 I放射性含量为安全标准值的4倍,下列说法正确的是 (AD)A I变成 Xe为β衰变B Xe与 I具有不同的核子数C.4个 I中有两个衰变为 Xe的时间为8天D.至少经过16天,该空气样品中 I的放射性含量才会达到安全标准值13153)13154 13153 13153.13154 13154.13153 13153 13154 13153 解析 I变成 Xe,质量数不变,电荷数多1,可知发生的衰变为β衰变,故A项正确;核子数等于质量数,可知 Xe与 I具有相同的核子数,故B项错误;半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少数的原子核不适用,故C项错误;经过16天,即经过2个半衰期 I的含量还剩四分之一,达到安全标准值,故D项正确。13153　13154 13154 13153 13153,例3自然界里放射性核素并非一次衰变就达到稳定,而是发生一系列连续的衰变,直到稳定的核素而终止,这就是“级联衰变”。某个钍系的级联衰变过程如图(N轴表示中子数,Z轴表示质子数),图中Pb→Bi的衰变是衰变,总共发生次α衰变。答案β6解析因为在衰变的过程中,横坐标不是多1,就是少2,知横坐标为电荷数,即质子数。纵坐标少2或少1,知纵坐标表示中子数。图中Pb→Bi的衰变质子数增加1,是β衰变,从Th→Po,质子数少8,中子数少16,则质量数少24,所以总共发生6次α衰变。方法点拨衰变次数的计算方法方法一:若 X Y+ He+ e,则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,解以上两式即可求出m和n。方法二:因为β衰变对质量数无影响,可先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。AZ ''AZ42n01m考点三核反应方程及类型核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变 α衰变自发 β衰变自发 人工转变人工控制 (卢瑟福发现质子) (查德威克发现中子) 约里奥-居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子重核裂变比较容易进行人工控制  轻核聚变很难控制 例4(2018天津理综)国家大科学过程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台,下列核反应中放出的粒子为中子的是 (B) A N俘获一个α粒子,产生 O并放出一个粒子B Al俘获一个α粒子,产生 P并放出一个粒子C B俘获一个质子,产生 Be并放出一个粒子D Li俘获一个质子,产生 He并放出一个粒子147.178 2713.3015 115.84 63.32 解析根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为 N He O H Al He P n B He→ Li Li He He Li,故只有B选项符合题意。147 42178112713、42301510115、428743Be 63,423273例5[2016江苏单科,12C(1)]贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象,如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是 (A)A C N eB U n I Y+ nC H H He nD He Al P n146.1470123592.1013953953910221.31421042.2713301510解析A是β衰变,B是核裂变,C是核聚变,D是原子核的人工转变,所以A符合题意。方法技巧(1)熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础。如质子 H)、中子 n)、α粒子 He)、β粒子 e)、正电子 e)、氘核 H)、氚核 H)等。(2)掌握核反应方程遵守的规律,是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据,所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。11(10(42(01(01(21(31(考点四核力与结合能裂变反应聚变反应1.核力特点a.核力是强相互作用的一种表现。b.核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内。c.每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。2.结合能把构成原子核且结合在一起的核子分开所需的能量。3.比结合能(1)定义原子核的结合能与核子数之比,称做比结合能,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: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。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。5.获得核能的途径(1)重核裂变定义: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。特点:a.裂变过程中能够放出巨大的能量;b.裂变的同时能够放出2~3(或更多)个中子;c.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。典型的裂变方程 U n Kr Ba+ n。23592:10893614456103(2)轻核聚变定义:某些轻核结合成质量较大的原子核的反应过程。特点:a.聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍;b.聚变反应比裂变反应更剧烈;c.对环境污染较小;d.自然界中聚变反应原料丰富。典型的聚变方程 H H He n。21:314210例6(多选)[2017江苏单科,12C(1)]原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线,下列判断正确的有 (BC)A He核的结合能约为14MeV42.B He核比 Li核更稳定C.两个 H核结合成 He核时释放能量D U核中核子的平均结合能比 Kr核中的大42.63 21 42 23592.8936 解析由图像可知 He的比结合能约为7MeV,其结合能应为28MeV,故A错误。比结合能较大的核较稳定,故B正确。比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量,故C正确。比结合能就是平均结合能,故由图可知D错误。42,例7(2015江苏单科)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电 U是核电站常用的核燃料 U受一个中子轰击后裂变成 Ba和 Kr两部分,并产生个中子。要使链式反应发生,裂变物质的体积要(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。(2)取质子的质量mp=1.6726×10-27kg,中子的质量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的质量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)23592,23592。14456 8936 答案(1)3大于(2)4.3×10-12J解析(1)核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒,且该核反应方程为 U n Ba Kr+ n,即产生3个中子。临界体积是发生链式反应的最小体积,要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积。(2