2020届高三物理一轮复习 第十二章 第2讲 原子结构与原子核课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC学科素养提升4课时作业第2讲原子结构与原子核章末检测卷5第十二章原子与原子核一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家发现了电子．(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．汤姆孙卢瑟福原来(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的和几乎全部都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类有些光谱是一条条的，这样的光谱叫作线状谱．有的光谱是连在一起的，这样的光谱叫作连续谱．正电荷质量波长亮线光带(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．3．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列的能量状态中，在这些能量状态中原子是的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．不连续稳定(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是的，因此电子的可能轨道也是的．Em－En不连续不连续4．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＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(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.二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素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)天然放射现象元素地放出射线的现象，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)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫．具有放射性的元素叫元素．质子质子数自发原子核放射性放射性(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是、、．(4)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、作等．③防护：防止放射性对人体组织的伤害．α射线β射线γ射线天然人工示踪原子3．原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种的变化称为的衰变．(2)分类α衰变：ZAX→Z－2A－4Y＋.β衰变：ZAX→Z＋1AY＋.两个典型的衰变方程①α衰变：92238U→90234Th＋24He；②β衰变：90234Th→91234Pa＋－10e；原子核原子核24He－10e(3)半衰期：大量放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的、无关．三、核力、结合能、质量亏损1．核力(1)定义原子核内部，核子间所特有的相互作用力．半数物理化学状态(2)特点①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时的能量，叫作原子核的结合能．释放吸收3．比结合能(1)定义原子核的结合能与之比，称作比结合能，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．4．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＝.核子数稳定mc2Δmc2四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1．重核裂变(1)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．(2)典型的裂变反应方程：92235U＋01n→3689Kr＋56144Ba＋301n.(3)链式反应：由重核裂变产生的使裂变反应一代接一代继续下去的过程．中子(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生的最小体积及其相应的质量．(5)裂变的应用：、核反应堆．(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、、防护层．2．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫．(2)典型的聚变反应方程：12H＋13H→24He＋01n＋17.6MeV链式反应原子弹镉棒质量较大热核反应■判一判记一记易错易混判一判(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小．()(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)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的．()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．()(5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上．()√√√××(6)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．()(7)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．()(8)如果某放射性元素的原子核共有100个，经过一个半衰期后还剩50个．()(9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量．()(10)三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．()√×××√规律结论记一记(1)光照引起的跃迁，光子能量必须等于能级差；碰撞引起的跃迁，只需要实物粒子的动能大于(或等于)能级差．(2)大量处于定态的氢原子向基态跃迁时可能产生的光谱线条数：Cn2＝nn－12.(3)γ辐射是一种能量形式的辐射，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．(4)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．(5)两个结论：①原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒．②每发生一次α衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次β衰变，原子核的质子数增大“1”．考点一对玻尔理论的理解自主学习型1．几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值．(2)基态：原子能量最低的状态．(3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态．(4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数．2．能级图的意义(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“1,2,3，…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级．(3)相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小．3．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n小)――――→跃迁高能级(n大)――→吸收能量．hν＝En大－En小(2)从高能级(n大)――――→跃迁低能级(n小)――→放出能量．hν＝En大－En小4．电离电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV.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，获得自由的电子还具有一定的动能．1．[玻尔理论](2019·湖南长沙模拟)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．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D．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氢原子的轨道是不连续的，故A错误；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；氢原子在不同的轨道上的能级En＝1n2E1，电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要吸收光子，故C错误；氢原子辐射的光子的能量E＝En－Em＝1n2E1－1m2E1＝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D正确．D2．[能级跃迁](2019·北京东城区模拟)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．D3．[跃迁的能量问题]已知氢原子处于基态时的能量为E1(E10)，氢原子处于n能级时能量为En＝E1n2.现有一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，发出两个不同频率的光子，其中频率较小的光子照射某种金属恰好能使该金属发生光电效应，已知普朗克常量为h.则下列说法正确的是()A．频率较大的光子能量为－89E1B．被照金属发生光电效应的截止频率为5E136hC．该氢原子向低能级跃迁过程中减少的电势能等于电子增加的动能D．若用其中频率较大的光子照射该金属，则产生的光电子的最大初动能可能为Ek＝－1118E1E2＝E122＝E14，E3＝E132＝E19，频率较大的光子的能量为hν＝E2－E1＝－3E14，选项A错误；频率较小的光子照射恰好发生光电效应，可知该金属的逸出功W0＝hνc＝E3－E2＝－5E136，解得截止频率νc＝－5E136h，选项B错误；氢原子向低能级跃迁过程中减少的电势能等于电子增加的动能与辐射的光子的能量之和，选项C错误；根据光电效应方程hν＝W0＋Ek，解得Ek＝－1118E1，选项D正确．D[规律总结]解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项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．2．一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n－1)．3．一群氢原子跃迁可能发出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＝Cn2＝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．考点二原子核和原子核的衰变自主学习型衰变类型α衰变β衰变衰变方程ZAX→Z－2A－4Y＋24HeZAX→Z＋1AY＋－10e2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子衰变实质211H＋201n→24He01n→11H＋－10e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒1．α衰变、β衰变的比较2.半衰期公式及衰变次数的计算(1)半衰期公式N余＝N原(12)tτ，m余＝m原(12)tτ.(2)确定α、β衰变次数的方法①书写核反应方程：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.反应方程为ZAX→Z′A′Y＋n24He＋m－10e.②利用电荷数和质量数守恒列式：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m，两式联立解得：n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z.1．[天然放射性的理解](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原子序数大于83的元素才可以发生衰变，原子序