（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第十五章 第2节 原子结构与原子核课件

第十五章原子与原子核第2节原子结构与原子核【基础梳理】提示：卢瑟福线n2r1E1n2质子电子质子内N012tτm012tτ重核轻核【自我诊断】判一判(1)原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同的能量．()(2)炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱．()(3)根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小．()(4)假如有18个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期，一定有9个原子核发生了衰变．()(5)β衰变的电子来源于原子核外的电子．()(6)高温、高压的情况下，原子核的半衰期将会变短．()提示：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×做一做(粤教版选修3－5·P97·T2)用哪种方法可以减缓放射性元素的衰变速率？()A．把该元素放在低温阴凉处B．把该元素密封在很厚的铅盒子里C．把该元素同其他的稳定元素结合成化合物D．上述各种方法都无法减缓放射性元素的衰变速率提示：D做一做(沪科版选修3－5·P75·T4改编)已知铋210的半衰期是5.0天，8g铋210经20天后还剩下()A．1gB．0.2gC．0.4gD．0.5g提示：D原子的核式结构玻尔理论【知识提炼】1．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n小)高能级(n大)―→吸收能量．hν＝En大－En小(2)从高能级(n大)低能级(n小)―→放出能量．hν＝En大－En小2．电离电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV电离能．n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．【题组突破】1．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少解析：选B.氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，A、C、D错误．2．如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是()A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66eVB．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离解析：选D.经历a跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66eV，选项A错误；经历b跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，选项B错误；经历c跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97eV，则该光子不是可见光光子，选项C错误；经历d跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51eV，因此用可见光光子照射可使其电离，选项D正确．3．(2019·北京东城区一模)如图是氢原子的能级图．一个氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁，则以下判断正确的是()A．该氢原子最多可辐射出6种不同频率的光子B．该氢原子跃迁到基态时需要吸收12.75eV的能量C．该氢原子只有吸收0.85eV的光子时才能电离D．该氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量是特定值解析：选D.本题研究的是单个氢原子，单个处于n能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出n－1条不同频率的光子，故该氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子，选项A错误；该氢原子跃迁到基态时需要释放－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV的能量，选项B错误；只要吸收的光子的能量大于0.85eV，该氢原子就能电离，选项C错误；氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量等于两能级的能量差，此能量差为一特定值，选项D正确．氢原子能级图与原子跃迁问题的解答(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得．若求波长可由公式c＝λν求得．(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(3)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＝C2n＝n（n－1）2.②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．原子核的衰变、半衰期【知识提炼】1．衰变规律及实质(1)α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程MZX→M－4Z－2Y＋42HeMZX→MZ＋1Y＋0－1e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＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变类型α衰变β衰变匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．2．三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核42He＋2e4u最强最弱β射线电子0－1e－e11837u较强较强γ射线光子γ00最弱最强3.半衰期的理解半衰期的公式：N余＝N原12，m余＝m原12.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余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．tτtτ【题组突破】1．(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强解析：选BCD.原子序号大于等于83的元素都能发生衰变，原子序数小于83的有的也能发生衰变，选项A错误；半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项B正确；放射性来自于原子核内部，与其形成的化合物无关，选项C正确；α、β、γ三种射线中，γ射线能量最高，穿透能力最强，选项D正确．2．(2017·高考全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为23892U→23490Th＋42He.下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：选B.静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即pTh＝pα，B项正确；因此有2mThEkTh＝2mαEkα，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误．3．某核电站遭受严重破坏，产生了严重的核泄漏，从核电站周围一定范围内的空气中和核电站排出的废水中分别检测出了放射性物质碘131和钚239，严重危及了人们的生命安全．已知该核电站采用的是重水反应堆，用23892U(铀)吸收中子后生成23994Pu(钚)，碘131的半衰期为8天，下列说法正确的是()A．排出的废水中的钚239是铀核裂变的生成物B．若23892U吸收中子后变成23992U，23992U很不稳定，则经过2次β衰变后变成23994PuC．核电站的核废料可直接堆放在露天垃圾场D．碘131的半衰期只有8天，因此16天后会全部消失解析：选B.裂变是重核生成几个中等质量原子核的过程，铀238的质量数比钚239的小，因此钚不是铀核裂变的生成物，选项A错误；发生β衰变时质量数不发生改变，根据电荷数守恒可知23992U发生2次β衰变后变成23994Pu，选项B正确；核电站的核废料中具有很多的放射性物质，不可以直接堆在露天垃圾场，选项C错误；碘131的半衰期是8天，它是一个统计规律，大量的碘131在8天后会剩一半，16天后会剩四分之一，因此选项D错误．4．(多选)(2019·湖北襄阳调研)静止在匀强磁场中的23892U核发生α衰变，产生一个未知粒子X，它们在磁场中的运动径迹如图所示，下列说法正确的是()A．该核反应方程为23892U―→23490X＋42HeB．α粒子和粒子X在磁场中做圆周运动时转动方向相同C．轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动径迹D．α粒子、X粒子运动径迹半径之比为45∶1解析：选ABD.显然选项A中核反应方程正确，A正确；23892U核静止，根据动量守恒可知α粒子和X新核速度方向相反，又都带正电，则转动方向相同，选项B正确；根据动量守恒可知α粒子和X新核的动量p大小相等，由带电粒子在磁场中运动半径公式R＝pqB可知轨道半径R与其所带电荷量成反比，半径之比为45∶1，选项C错误，D正确．核反应方程与核能的计算【知识提炼】1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e类型可控性核反应方程典例人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n(约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)3015P→3014Si＋0＋1e类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变很难控制21H＋31H→42He＋10n2.核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2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计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(3)根据原子核比结合能来计算核能：原子核的结合能＝原子核比结合能×核子数．【题组突破】1．(2018·高考全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性同位素X：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31解析：选B.据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：42He＋2713Al―→10n＋AZX，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于核电荷数，故B正确．2．(2019·山西省重点中学联考)四个核反应方程分别为：①23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n；②23892U→23490Th＋42He；③63Li＋10n→42He＋31H＋4.9MeV；④21H＋31H→42He＋10n＋17.6MeV.下列说法正确的是()A．①②都是重核铀的同位素的核反应，故都是重核的裂变反应B．①③反应前都有一个中子，故都是原子核的人工转变C．②③④生成物中都有氦核，故都是α衰变反应D．③比④放出的能量少，说明③比④质量亏损得少解析：选D.①是重核的裂变反应，②是α衰变反应，选项A错误；③是原子核的人工转变，④是轻核的聚变反应，选项B、C错误；③比④放出的能量少，根据爱因斯坦质能方程可知，③比④质量亏损得少，故选项D正确．3．(多选)(2017·高考江苏卷)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()A.42He核的结合能约为14MeVB.42He核比63Li核更稳定C．两个21H核结合成42He核时释放能量D.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大解析：选BC.由题图可知，42He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．4．(2017·高考全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.0136u,32He的质量