2020届高考物理总复习 第12章 原子与原子核 第2课时 原子结构与原子核课件 教科版

第2课时原子结构与原子核基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、原子的核式结构1.电子的发现:英国物理学家发现了电子.汤姆孙2.α粒子散射实验:1909～1911年,英籍物理学家及盖革进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿的方向前进或只发生很小的偏转,但有些α粒子发生了较大的偏转,大约1/8000的α粒子偏转角度超过了90°,个别的甚至接近180°,就像被弹回来了一样.3.原子的核式结构模型:在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核,电子在核外绕核运动.卢瑟福原来二、氢原子光谱1.光谱分类(1)线状谱:由一条条的组成的光谱.亮线光带(2)连续谱:连在一起的的光谱.2.氢原子光谱的实验规律(1)巴尔末公式=(n=3,4,5,…),RH是里德伯常量,RH=1.10×107m-1,n为量子数.(2)氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线都满足与巴尔末公式类似的关系式.122112Rn三、氢原子的能级结构、能级公式1.玻尔理论(1)定态:电子围绕原子核运动的轨道不是任意的,而是一系列的、特定的轨道,当电子在这些轨道上运动时,原子是的,不向外辐射能量,也不吸收能量.(2)跃迁:当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时,才发射或吸收一个光子,光子的能量hν=.分立稳定En-Em2.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式:En=(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=.②氢原子的轨道半径公式:rn=(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.53×10-10m.12En-13.6eVn2r1四、原子核的组成、放射性及衰变1.原子核的组成:原子核是由和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的.2.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,首先由贝克勒尔发现.天然放射现象的发现,说明具有复杂的结构.(2)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是射线、射线、射线.(3)放射性的应用与防护①应用:利用射线的特性、作为、利用衰变特性、其他应用.②防护:距离防护、时间防护、防护、仪器监测.质子数自发原子核αβγ示踪原子屏蔽质子3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出或,变成另一种原子核的变化.(2)分类①α衰变:XAZ→42AZY+42He.②β衰变:XAZ→1AZY+01e.(3)半衰期:放射性元素有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,跟原子所处的或无关.α粒子β粒子半数化学状态外部条件拓展思考铀238核放出一个α粒子后,成为一个新核钍234核,钍234核也具有放射性,它能放出一个β粒子而变成镤234核,衰变后情景如图所示.拓展思考(1)写出铀238的α衰变方程,α射线是什么物质?(2)写出钍234的β衰变方程,β射线是什么物质?(3)已知钍234的半衰期是24天,1g钍经过48天后还剩多少?答案:(1)铀238的α衰变方程为23892U→23490Th+42He,α射线为氦原子核.(2)钍234的β衰变方程为23490Th→23491Pa+01e,β射线为高速的电子流.(3)钍234的半衰期是24天,48天是两个半衰期,所以还剩m′=14m=0.25g.五、核力与结合能1.核力(1)含义:之间的相互作用力.核子(2)特征:①在核的线度内,核力比库仑力得多.②核力是,当两核子中心相距大于核子本身线度时,核力几乎完全消失.③核力与无关,质子与质子,质子与中子,以及中子与中子之间的核力是的.2.结合能(1)结合能:由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量.(2)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=.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=.大短程力电荷相等mc2Δmc23.获得核能的途径(1)核裂变①定义:重核分裂成几个质量原子核的现象.中等②特点:裂变过程中能够放出巨大的能量;裂变的同时能够放出2～3(或更多)个中子;裂变的产物不是唯一的.典型的裂变方程23592U+10n→14456Ba+8936Kr+.103n②特点:平均每个核子放出的能量比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍;聚变反应比裂变反应更剧烈;对环境污染较小;自然界中聚变反应原料丰富.典型的聚变方程:21H+31H→42He+.10n较重(2)核聚变①定义:把轻原子核聚合成原子核的反应.自主检测1.思考判断(1)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的.()(2)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的.()(3)玻尔理论成功地解释了原子光谱问题.()(4)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.()(5)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个.()(6)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.()答案:(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×2.(2017·汕头一模)(多选)氢原子的能级如图所示.氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子,恰能使某金属产生光电效应,下列判断正确的是()A.氢原子辐射出光子后,氢原子能量变大B.该金属的逸出功W=12.75eVC.用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属,该金属仍有光电子逸出D.氢原子处于n=1能级时,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动BD解析:氢原子发生跃迁,辐射出光子后,氢原子能量变小,故A错误.氢原子由n=4跃迁到n=1,辐射的光子能量ΔE=13.6eV-0.85eV=12.75eV,则该金属逸出功W=12.75eV,故B正确;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的能量小于从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子能量,则不会发生光电效应,故C错误;根据玻尔原子模型可知,处于n=1能级时,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动,故D正确.3.(2018·广东佛山模拟)(多选)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为X+Y→42He+31H+4.9MeV和21H+31H→42He+X+17.6MeV,下列表述正确的有()A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应AD解析:根据电荷数守恒和质量数守恒,知21H+31H→42He+10n+17.6MeV，10n+63Li→42He+31H+4.9MeV,故X为10n,Y为63Li,其中Y的质子数是3,中子数也是3,选项A正确,B错误;两个核反应都释放出核能,故都有质量亏损,选项C错误21H+31H→42He+10n+17.6MeV为轻核聚变,选项D正确.核心探究分类探究·各个击破考点一氢原子能级及原子跃迁1.能级图中相关因素的说明因素意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“-13.6,-3.4…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差越小,距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁的条件为hν=En-Em(1)自发跃迁:由高能级跃迁到低能级,释放能量,发出光子.光子的频率ν=Eh=EEh低高.2.两类能级跃迁(2)受激跃迁:由低能级跃迁到高能级,吸收能量.①光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差hν=ΔE.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≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收,将原子电离.3.谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1).(2)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=2Cn=12nn.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.【典例1】(2017·广元二模)如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠,说法正确的是()A.这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短B.这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最小C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60eVD.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11eVC〚核心点拨〛(1)处于高激发态的氢原子向低能级跃迁时,能级差越大辐射的光子的能量越大,波长越短.(2)大量的处于高能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射光子的种类数满足.12nn解析:一群氢原子处于n=3的激发态,向低能级跃迁时可能放出3种不同频率的光子,从n=3跃迁到n=1辐射的光子频率最大,波长最短,故A,B错误;n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大,为12.09eV,则光电子的最大初动能Ek=hν-W=12.09eV-2.49eV=9.60eV.故C正确,D错误.题后反思氢原子跃迁问题的两点注意(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的.(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν=En-Em求得.若求波长可由公式c=λν求得.多维训练1.[玻尔原子理论](2018·长沙模拟)(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是()A.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B.电子在绕原子核做圆周运动时,稳定地产生电磁辐射C.不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收D.氢原子光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,但它的光谱不是连续谱ACD解析:电子运动的轨道半径是不连续的,故A正确;电子在绕原子核做圆周运动时,不会产生电磁辐射,只有跃迁时才会产生电磁辐射,故B错误;由于氢原子发射的光子的能量E=En-Em=21nE1-21mE1=hν,不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收,故C正确;光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,是线状谱,不是连续谱,故D正确.2.[氢原子光谱和能级跃迁](2018·龙岩模拟)1995年科学家“制成”了反氢原子,它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成.反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷.反氢原子和氢原子有相同的能级分布,氢原子能级如图所示,则下列说法中正确的是()A.反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B.基态反氢原子的电离能是13.6eVC.基态反氢原子能吸收11eV的光子发生跃迁D.在反氢原子谱线中,从n=2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长B解析:反氢原子和氢原子有相同的能级分布,所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同,故A错误;处于基态的氢原子的电离能是13.6eV,具有大于等于13.6eV能量的光子可以使氢原子电离,故B正确;基态的反氢原子吸收11eV的光子,能量为-13.6eV+11eV=-2.6eV,不能发生跃迁,所以该光子不能被吸收,故C错误;在反氢原子中处于激发态的反氢原子,从n=2能级跃迁到基态辐射光子能量较大,波长较小,故D错误.考点二原子核的衰变半衰期1.放射性元素具有放射性的元素称为放射性元素,原子序数大于或等于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数小于83的元素,有的也能放出射线.2.三种射线的比较种类α射线β射线γ射线来源原子核内组成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静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱p1836m3.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程XAZ→42AZY+42HeXAZ→1AZY+01e2个质子和2个中子结合成一个整体