（山东专用）2021高考物理一轮复习 第14章 原子结构 原子核 第2讲 原子和原子核课件

原子结构原子核第十四章第2讲原子和原子核一、原子结构1．电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了________，提出了原子的“枣糕模型”．01主干回顾·强化根基电子2．原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家__________进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型．(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有________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”．(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部_____，电子在正电体的外面运动．卢瑟福少数质量二、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．2．光谱分类波长3．氧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1λ＝R122－1n2(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特征谱线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．三、氢原子的能级结构、能级公式1．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，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．(2)跃迁：当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，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____________.稳定Em－En不连续不连续的2．几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫作能级．(2)基态：原子能量________的状态．(3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态．(4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的__________.3．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＝_______________.4．氢原子的半径公式：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.最低正整数－13.6eVn2r15．氢原子的能级图能级图如图所示四、原子核的组成、放射性放射性同位素射线的危害和防护1．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________.质子带正电，中子不带电．(2)原子核中的两种数量关系：①核电荷数＝__________(Z)＝元素的____________＝核外电子数②质量数(A)＝__________＝质子数＋中子数(3)X元素的原子核的符号为AZX，其中A表示__________，Z表示____________.核子质子数原子序数核子数质量数核电荷数2．天然放射现象(1)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明了__________具有复杂的结构．(2)放射性同位素的应用与保护①同位素：具有相同__________和不同中子数的原子核．②放射性同位素：有________放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．③应用：消除静电、工业探伤、作____________等．④防护：防止放射性对人体组织的伤害．原子核质子数天然示踪原子(3)原子核的衰变①原子核放出__________________，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．②分类α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋__________β衰变：AZX→AZ＋1Y＋________γ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．③两个典型的衰变方程a．α衰变：23892U→23490Th＋42He；b．β衰变：23490Th→23491Pa＋0－1e.α粒子或β粒子42He0－1e2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核________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．半数内部五、核力、结合能、质量亏损1．核力(1)定义：原子核内部________间特有的相互作用力．(2)核力的特点：①是强相互作用的一种表现；②是________力，作用范围在1.5×10－15m之内；③每个核子只能与其相邻的________发生核力作用．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吸收的________，叫做原子核的结合能，也称核能．核子短程核子释放能量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______，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、质量亏损(1)爱因斯坦质能方程E＝________(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＝_________.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝________.核子数大mc2Δmc2Δmc2六、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：__________较大的原子核受到高能粒子的轰击而________成几个质量数较小的原子核的过程．(2)特点：①裂变过程中释放出______________；②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个________；③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．质量数分裂巨大的能量中子(3)典型的裂变反应方程：23592U＋10n→8936Kr＋14456Ba＋310n.(4)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．(5)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．(6)裂变的应用：__________、核反应堆．(7)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层．中子链式反应原子弹2．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．(2)特点：①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．②聚变反应比裂变反应更剧烈．③对环境污染较少．④自然界中聚变反应原料丰富．(3)典型的聚变反应方程：21H＋31H→42He＋10n＋17.6MeV3．人工转变(1)卢瑟福发现质子：147N＋42He→_______________.(2)查德威克发现中子：94Be＋42He→_______________.178O＋11H126C＋10n1．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析α粒子受到原子核的斥力作用而发生散射，离原子核越近的粒子，受到的斥力越大，散射的角度越大，选项C正确．C解析氢原子能级跃迁辐射光的种类C23＝3，故C项正确．2．(2016·北京卷)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A．1种B．2种C．3种D．4种C3．(2017·上海卷·1)由放射性元素放出的氦核流被称为()A．阴极射线B．α射线C．β射线D．γ射线解析在天然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确．B4．(2017·上海卷·3)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的()A．核子数B．电子数C．中子数D．质子数解析同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确．D5．(粤教版选修3－5P97第3题改编)(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是()A．23892U→23490Th＋42He是α衰变B．147N＋42He→178O＋11H是β衰变C．21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变D．8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变答案AC6．教材VS高考(2018·全国卷Ⅲ·14题源于人教版3－5P76内容)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核素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答案B02核心考点·探究突破考点一玻尔理论和能级跃迁1．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n)――→跃迁高能级(m)→吸收能量．hν＝Em－En(2)从高能级(m)――→跃迁低能级(n)→放出能量．hν＝Em－En.2．电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸0－(－13.6eV)＝13.6eV.激发态→电离态：E吸0－En＝|En|.若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．解析根据C23＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51)eV＝12.09eV，故B错误；从n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误．[例1](多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是()A．这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2eVC．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长D．这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁AC解答氢原子能级图和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决定，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．解析由hν＝hcλ＝E初－E末可知该原子跃迁前后的能级差越大，对应光线的能量越大，波长越短．由图知a对应光子能量最大，波长最短，c次之，而b对应光子能量最小，波长最长，故C正确．1．如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光．在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()C解析电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据ke2r2＝mv2r，可知半径越小，动能越大，故B、C、D错误，A正确．2．氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时()A．氢原子的能量减小，电子的动能增大B．氢原子的能量增大，电子的动能增大C．氢原子的能量减小，电子的动能减小D．氢原子的能量增大，电子的动能减小A3．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是()A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光的频率最小C．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应D．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最大C解析大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁最多可以辐射出N＝nn－12＝6种频率的光子，A错误；由n＝4