2020版高考物理总复习 第十二章 第2节 原子结构与原子核课件

第2节原子结构与原子核基础过关考点研析素养提升基础知识一、原子结构1.电子的发现:英国物理学家发现了电子.汤姆孙基础过关紧扣教材·自主落实2.原子的核式结构(1)α粒子散射实验:1909年～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”.(如图1所示)卢瑟福原来(2)如图2,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.正电荷二、氢原子光谱1.光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的(频率)和强度分布的记录,即光谱.波长质量2.光谱分类连续吸收特征3.氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式1=R（212-21n）(n=3,4,5,…,R是里德伯常量,R=1.10×107m-1).4.光谱分析:利用每种原子都有自己的可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.特征谱线三、氢原子的能级结构、能级公式1.玻尔理论(1)轨道量子化电子运行轨道的半径任意的,即电子的轨道是的,电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射.当电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态.原子在不同的状态中具有的能量,因此,原子的能量是量子化的.(2)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稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.能量最低的状态叫做,其他状态叫做.(3)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)不是量子化不同不连续基态激发态Em-En2.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)氢原子的能级氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6eV.21n四、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.天然放射现象元素地发出射线的现象,首先由发现.天然放射现象的发现,说明原子核具有的结构.放射出的射线是射线,射线或射线.3.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、做等.(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害.质子质子数自发贝可勒尔复杂αβγ天然人工示踪原子4.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.原子核原子核(2)分类α衰变:XAZ42Y+AZ,如23892U23490Th+42He;β衰变:XAZ1YAZ+,如23490Th23491Pa+01e.42He01e(3)半衰期: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,跟原子所处的和无关.半数化学状态外部条件自主探究铀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.自主探究(1)写出铀238的α衰变方程,α粒子是什么物质?(2)写出钍234的β衰变方程,β粒子是什么物质?(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粒子为氦原子核.(2)钍234的β衰变方程为23490Th23491Pa+01e,β粒子为电子.(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.核力原子核内部,所特有的相互作用力.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)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=.六、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.核子间Δmc2(2)典型的裂变反应方程为23592U+10n8936Kr+14456Ba+103n.(3)链式反应:重核裂变产生的使裂变反应一代接一代继续下去的过程.(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:两个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为21H+31H42He+10n+17.6MeV.中子链式反应原子弹镉棒质量较大热核反应(1)原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成的.()过关巧练√1.思考判断(2)玻尔理论成功地解释了原子光谱问题.()(3)氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁.()(4)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.()(5)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.()××√×2.(多选)从α粒子散射实验结果推出的结论,其中正确的是()A.金原子内部大部分都是空的B.金原子是一个球体C.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况D.原子核的半径的数量级是10-15mACD解析:α粒子散射实验结果表明,绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了较大角度的偏转,并有极少数α粒子的偏转角度超过90°,有的甚至几乎被反弹回来,则从α粒子散射实验结果推出的结论有金原子内部大部分都是空的,汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况,原子核的半径的数量级是10-15m,不能说明金原子是球体,选项A,C,D正确.3.[人教版选修3-5·P63·T3改编](多选)大量氢原子处在n=3的能级,下列说法正确的是()A.会辐射出4种频率的光B.会辐射出3种频率的光C.辐射出的光中波长最短的光是在n=3和n=2两个能级之间跃迁时发出的D.辐射出的光中波长最短的光是在n=3和n=1两个能级间跃迁时发出的BDA.铋210的半衰期是5天,经过10天,32个铋210衰变后还剩下8个B.用中子轰击铀核的核反应方程为23592U+10n14456Ba+8936Kr+103n,属于原子核的衰变C.若核反应10n+11H21H释放出2.2MeV能量,该过程质量亏损为3.9×10-30kgD.某原子核AZX吸收一个中子后,放出一个电子,最后分裂为两个α粒子,则A=7,Z=24.已知真空中的光速c=3.0×108m/s,下列说法正确的是()C解析:半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律,少数原子核不适用此规律,选项A错误；23592U+10n14456Ba+8936Kr+103n是原子核的裂变,选项B错误;根据ΔE=Δmc2,可得Δm=3.9×10-30kg,选项C正确;根据质量数和电荷数守恒可知A+1=8,Z+1=4,则A=7,Z=3,选项D错误.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考点研析核心探究·重难突破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=Em-En2.两类能级跃迁(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)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.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.【典例1】(2018·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D解析: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,此能量差为特定值,选项D正确.方法技巧解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意(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==.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12nn1.[氢原子跃迁](多选)如图所示为氢原子的能级图,用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子,下列说法正确的是()A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光B.氢原子可辐射出10种不同波长的光C.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射光的波长最短D.辐射光中,光子能量为0.31eV的光波长最长BD题组训练解析:氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光,故A错误;因为-13.6eV+13.06eV=-0.54eV,所以氢原子跃迁到n=5能级,根据25C=10知可能观测到氢原子发射的不同波长的光有10种,故B正确;从n=5能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量最大,波长最短,故C错误;从n=5能级跃迁到n=4能级辐射的光子能量最小,波长最长,光子能量为E5-E4=-0.54eV-(-0.85eV)=0.31eV,故D正确.2.[氢原子电离]已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量En=12En,其中n=2,3,….用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速.能使氢原子从n=2激发态电离的光子的最大波长为()A.-134hcEB.-12hcEC.-14hcED.-19hcEC解析:处于n=2激发态时,其能量E2=14E,电离时吸收的能量ΔE=0-E2=-14E,而光子能量ΔE=hc,解得λ=-14hcE,故C正确.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=1.67×10-27kg1836pm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3.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX42AZY+42HeAZX1AZY+01e2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112H+102n42He10n11H+01e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒4.对半衰期的理解(1)半衰期公式N