2019年高考物理一輪復習 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2講 原子結(jié)構(gòu)和原子核課件.ppt

第2講原子結(jié)構(gòu)和原子核 第十二章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 內(nèi)容索引 基礎(chǔ)知識梳理 命題點一原子的核式結(jié)構(gòu) 命題點二玻爾理論和能級躍遷 命題點三原子核及核反應 課時作業(yè) 基礎(chǔ)知識梳理 1 一 原子結(jié)構(gòu)光譜和能級躍遷1 電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了 提出了原子的 棗糕模型 2 原子的核式結(jié)構(gòu) 1 1909 1911年 英籍物理學家進行了 粒子散射實驗 提出了核式結(jié)構(gòu)模型 盧瑟福 電子 2 粒子散射實驗的結(jié)果 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進 但有 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90 也就是說它們幾乎被 撞了回來 如圖所示 3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 原子中帶正電部分的體積 但幾乎占有全部 電子在正電體的外面運動 少數(shù) 很小 質(zhì)量 3 氫原子光譜 1 光譜 用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開 獲得光的 頻率 和強度分布的記錄 即光譜 2 光譜分類 波長 連續(xù) 吸收 特征 3 氫原子光譜的實驗規(guī)律 巴耳末系是氫光譜在區(qū)的譜線 其波長公式 n 3 4 5 R是里德伯常量 R 1 10 107m 1 4 光譜分析 利用每種原子都有自己的可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分 且靈敏度很高 在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義 特征譜線 4 氫原子的能級結(jié)構(gòu) 能級公式 1 玻爾理論 定態(tài) 原子只能處于一系列的能量狀態(tài)中 在這些能量狀態(tài)中原子是的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 躍遷 電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時 會放出能量為h 的光子 這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定 即h h是普朗克常量 h 6 63 10 34J s 軌道 原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應 原子的定態(tài)是 因此電子的可能軌道也是 不連續(xù) 穩(wěn)定 Em En 不連續(xù)的 不連續(xù)的 2 能級和半徑公式 能級公式 En n 1 2 3 其中E1為基態(tài)能量 其數(shù)值為E1 eV 半徑公式 rn n 1 2 3 其中r1為基態(tài)半徑 又稱玻爾半徑 其數(shù)值為r1 0 53 10 10m 5 氫原子的能級圖能級圖如圖所示 13 6 n2r1 二 原子核核反應和核能1 原子核的組成 1 原子核由質(zhì)子和中子組成 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為 質(zhì)子帶正電 中子不帶電 2 基本關(guān)系 核電荷數(shù) 質(zhì)子數(shù) Z 元素的原子序數(shù) 質(zhì)量數(shù) A 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 3 X元素的原子核的符號為 其中A表示 Z表示核電荷數(shù) 核子 核外電子數(shù) 核子數(shù) 質(zhì)量數(shù) 2 天然放射現(xiàn)象 1 天然放射現(xiàn)象元素地放出射線的現(xiàn)象 首先由發(fā)現(xiàn) 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 說明原子核具有的結(jié)構(gòu) 2 放射性同位素的應用與防護 放射性同位素 有放射性同位素和放射性同位素兩類 放射性同位素的化學性質(zhì)相同 應用 消除靜電 工業(yè)探傷 做等 防護 防止放射性對人體組織的傷害 自發(fā) 貝可勒爾 復雜 天然 人工 示蹤原子 3 原子核的衰變 半衰期 1 原子核的衰變 原子核放出 粒子或 粒子 變成另一種的變化稱為原子核的衰變 分類 衰變 衰變 當放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時 原子核中有的發(fā)生 衰變 有的發(fā)生 衰變 同時伴隨著 輻射 原子核 兩個典型的衰變方程 衰變 衰變 2 半衰期 定義 放射性元素的原子核有發(fā)生衰變所需的時間 影響因素 放射性元素衰變的快慢是由核自身的因素決定的 跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系 3 公式 N余 N原 m余 m原 半數(shù) 內(nèi)部 4 核力和核能 1 原子核內(nèi)部 所特有的相互作用力 2 核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m 其對應的能量 E 3 原子核分解成核子時要吸收一定的能量 相應的質(zhì)量增加 m 吸收的能量為 E 核子間 mc2 mc2 1 判斷下列說法是否正確 1 原子光譜是不連續(xù)的 是由若干頻率的光組成的 2 電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率 3 氫原子吸收光子后 將從高能級向低能級躍遷 4 原子的能量量子化現(xiàn)象是指原子在不同狀態(tài)中具有不同的能量 2 在盧瑟福 粒子散射實驗中 有少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 其原因是A 原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B 正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C 原子中存在著帶負電的電子D 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 答案 解析 盧瑟福 粒子散射實驗中使盧瑟福驚奇的就是有少數(shù) 粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn) 這是由于 粒子帶正電 而原子核極小 且原子核帶正電 A正確 B錯誤 粒子能接近原子核的機會很小 大多數(shù) 粒子都從核外的空間穿過 而與電子碰撞時如同子彈碰到塵埃一樣 運動方向不會發(fā)生改變 C D的說法沒錯 但與題意不符 3 粵教版選修3 5P65第2題 氫原子由n 1的狀態(tài)激發(fā)到n 4的狀態(tài) 在它回到n 1的狀態(tài)的過程中 有以下說法 可能激發(fā)的能量不同的光子只有3種 可能發(fā)出6種不同頻率的光子 可能發(fā)出的光子的最大能量為12 75eV 可能發(fā)出光子的最小能量為0 85eV其中正確的說法是A B C D 答案 4 粵教版選修3 5P97第2題 用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率 A 把該元素放在低溫陰涼處B 把該元素密封在很厚的鉛盒子里C 把該元素同其他的穩(wěn)定元素結(jié)合成化合物D 上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率 答案 5 粵教版選修3 5P97第3題改編 多選 關(guān)于核衰變和核反應的類型 下列表述正確的是 答案 6 2015 福建 30 1 下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認識 其中正確的是A 射線是高速運動的電子流B 氫原子輻射光子后 其繞核運動的電子動能增大C 太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D 的半衰期是5天 100克經(jīng)過10天后還剩下50克 答案 解析 射線是高速電子流 而 射線是一種電磁波 選項A錯誤 氫原子輻射光子后 繞核運動的電子距核更近 動能增大 選項B正確 太陽輻射能量的主要來源是太陽內(nèi)部氫核的聚變 選項C錯誤 10天為兩個半衰期 剩余的為100 g 100 g 25g 選項D錯誤 2 命題點一原子的核式結(jié)構(gòu) 多選 如圖所示為盧瑟福和他的同事們做 粒子散射實驗裝置的示意圖 熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A B C D四個位置時觀察到的現(xiàn)象 下述說法中正確的是A 放在A位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B 放在B位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C 放在C D位置時 屏上觀察不到閃光D 放在D位置時 屏上仍能觀察到一些閃光 但次數(shù)極少 例1 答案 1 多選 下列說法正確的是A 湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子 并測定了電子電荷量 且提出了 棗糕模型 B 盧瑟福做 粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進 只有少數(shù) 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C 粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上D 盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 并解釋了 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因 答案 解析 密立根 2 多選 在物理學的發(fā)展過程中 許多物理學家的科學發(fā)現(xiàn)推動了人類歷史的進步 下列表述符合物理學史實的是A 普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象 第一次提出了能量量子化理論B 愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律 提出了光子說C 盧瑟福通過對 粒子散射實驗的研究 提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D 貝可勒爾通過對天然放射性的研究 發(fā)現(xiàn)原子核是由質(zhì)子和中子組成的 答案 解析 原子核具有復雜結(jié)構(gòu) 3 多選 2016 天津理綜 6 物理學家通過對實驗的深入觀察和研究 獲得正確的科學認知 推動物理學的發(fā)展 下列說法符合事實的是A 赫茲通過一系列實驗 證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論B 查德威克用 粒子轟擊獲得反沖核 發(fā)現(xiàn)了中子C 貝可勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象 說明原子核有復雜結(jié)構(gòu)D 盧瑟福通過對陰極射線的研究 提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 答案 解析 麥克斯韋預言了電磁波的存在 赫茲通過實驗證實了麥克斯韋的電磁理論 選項A正確 盧瑟福用 粒子轟擊 獲得反沖核 發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 選項B錯誤 貝可勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象 說明原子核具有復雜結(jié)構(gòu) 選項C正確 盧瑟福通過對 粒子散射實驗的研究 提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 選項D錯誤 4 2015 重慶理綜 1 圖中曲線a b c d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡 氣泡室中磁感應強度方向垂直于紙面向里 以下判斷可能正確的是A a b為 粒子的徑跡B a b為 粒子的徑跡C c d為 粒子的徑跡D c d為 粒子的徑跡 答案 解析 粒子是不帶電的光子 在磁場中不偏轉(zhuǎn) 選項B錯誤 粒子為氦核帶正電 由左手定則知向上偏轉(zhuǎn) 選項A C錯誤 粒子是帶負電的電子 應向下偏轉(zhuǎn) 選項D正確 3 命題點二玻爾理論和能級躍遷 多選 有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是A 氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B 氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C 氫原子光譜說明氫原子能級是分立的D 氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān) 例2 答案 5 多選 如圖是氫原子的能級圖 一群氫原子處于n 3能級 下列說法中正確的是A 這群氫原子躍遷時能夠發(fā)出3種不同頻率的波B 這群氫原子發(fā)出的光子中 能量最大為10 2eVC 從n 3能級躍遷到n 2能級時發(fā)出的光波長最長D 這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級躍遷 答案 分析 能級差最小 光波長最長 6 一群處于n 4能級的激發(fā)態(tài)的氧原子 向低能級躍遷時 最多發(fā)射出的譜線為A 3種B 4種C 5種D 6種 答案 解析 一群處于n 4能級的激發(fā)態(tài)的氧原子 向低能級躍遷時 最多發(fā)射出的譜線為 6種 選D 7 一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài) 它們向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程中A 可能吸收一系列頻率不同的光子 形成光譜中的若干條暗線B 可能發(fā)出一系列頻率不同的光子 形成光譜中的若干條亮線C 只吸收頻率一定的光子 形成光譜中的一條暗線D 只發(fā)出頻率一定的光子 形成光譜中的一條亮線 答案 分析 8 多選 如圖所示為氫原子的能級圖 氫原子從n 5的能級躍遷到n 3的能級時輻射出a光子 從n 4的能級躍遷到n 2的能級時輻射出b光子 下列說法正確的是A a光子的能量比b光子的能量大B 若a b兩種光在同一種均勻介質(zhì)中傳播 則a光的傳播速度比b光的傳播速度大C 若b光能使某種金屬發(fā)生光電效應 則a光一定能使該金屬發(fā)生光電效應D 若用同一雙縫干涉裝置進行實驗 用a光照射雙縫得到相鄰亮條紋的間距比用b光照射雙縫得到的相鄰亮條紋的間距大 答案 分析 能級差大 4 命題點三原子核及核反應 2016 全國 35 1 在下列描述核過程的方程中 屬于 衰變的是 屬于 衰變的是 屬于裂變的是 屬于聚變的是 填正確答案標號 例3 答案 F AB E C 9 多選 2016 全國 35 1 改編 一靜止的鋁原子核俘獲一速度為1 0 107m s的質(zhì)子p后 變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核 下列說法正確的是A 核反應方程為p B 核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C 核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒D 核反應前后核子數(shù)相等 所以生成物的質(zhì)量等于反應物的質(zhì)量之和 答案 分析 伴隨著質(zhì)量虧損 答案 解析 A 234 234 0Z 90 91 1m余 m原 可判斷m余 2g 11 多選 下列說法正確的是A 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)B 一群處于n 3能級激發(fā)態(tài)的氫原子 自發(fā)躍遷時能發(fā)出最多3種不同頻率的光C 放射性元素發(fā)生一次 衰變 原子序數(shù)增加1D 的半衰期約為7億年 隨著地球環(huán)境的不斷變化 半衰期可能變短 答案 12 目前 在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖 大理石等裝飾材料 這些巖石都不同程度地含有放射性元素 比如 有些含有鈾 釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡 而氡會發(fā)生放射性衰變 放射出 射線 這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病 根據(jù)有關(guān)放射性知識可知 下列說法正確的是A 氡的半衰期為3 8天 若取4個氡原子核 經(jīng)7 6天后就剩下一個原子核了B 衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的C 射線一般伴隨著 或 射線產(chǎn)生 在這三種射線中 射線的穿透能力最強 電離能力最弱D 發(fā)生 衰變時 生成核與原來的原子核相比 中子數(shù)減少了4 答案 課時作業(yè) 5 1 用頻率為 0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子 在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為 1 2和 3的三條譜線 且 3 2 1 則A 0 1B 3 2 1C 0 1 2 3D 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 處于激發(fā)狀態(tài)的原子 在入射光的電磁場的影響下 從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷 兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去 這種輻射叫做受激輻射 原子發(fā)生受激輻射時 發(fā)出的光子頻率 發(fā)射方向等都跟入射光子完全一樣 這樣使光得到加強 這就是激光產(chǎn)生的機理 那么 發(fā)生受激輻射時 產(chǎn)生激光的原子的總能量E 電勢能Ep 電子動能Ek的變化情況是A Ep增大 Ek減小 E減小B Ep減小 Ek增大 E減小C Ep增大 Ek增大 E增大D Ep減小 Ek增大 E不變 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 多選 以下有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述 正確的是A 紫外線照射到金屬鋅板表面時能發(fā)生光電效應 則當增大紫外線的照射強度時 從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B 玻爾認為 原子中電子軌道是量子化的 能量也是量子化的C 光子不僅具有能量 也具有動量D 根據(jù)玻爾能級理論 氫原子輻射出一個光子后 將由高能級向較低能級躍遷 核外電子的動能增加 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 在盧瑟福 粒子散射實驗中 金箔中的原子核可以看作靜止不動 下列各圖畫出的是其中兩個 粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡 其中正確的是 答案 解析 金箔中的原子核與 粒子都帶正電 粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用 A D錯 由原子核對 粒子的斥力作用及物體做曲線運動的條件知曲線軌跡的凹側(cè)應指向受力一方 B錯 C對 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 下列說法正確的是A 是一種核裂變反應B 核反應堆產(chǎn)生的能量一定來自輕核聚變C 太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應D 盧瑟福為解釋 粒子散射實驗現(xiàn)象提出了原子核式結(jié)構(gòu)學說 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 關(guān)于天然放射現(xiàn)象 以下敘述正確的是A 若使放射性物質(zhì)的溫度升高 其半衰期將變大B 衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r產(chǎn)生的C 在 這三種射線中 射線的穿透能力最強 射線的電離能力最強D 鈾核 衰變?yōu)殂U核 的過程中 要經(jīng)過8次 衰變和6次 衰變 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 多選 下列說法正確的是A 天然放射性現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu)B 粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu)C 原子核發(fā)生 衰變生成的新核原子序數(shù)增加D 氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu) A正確 粒子散射實驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu) B錯誤 根據(jù)電荷數(shù)守恒 質(zhì)量數(shù)守恒知 衰變放出了一個電子 新核的電荷數(shù)增加1 即原子序數(shù)增加 C正確 氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的能量 故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長 D錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 多選 2014 新課標全國 35 1 改編 關(guān)于天然放射性 下列說法正確的是A 所有元素都可能發(fā)生衰變B 放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C 放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D 和 三種射線中 射線的穿透能力最強 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象 選項A錯誤 放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān) 與其他因素無關(guān) 選項B C正確 和 三種射線電離能力依次減弱 穿透能力依次增強 選項D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 1 1930年英國物理學家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子加速器 他們獲得了高速運動的質(zhì)子 用來轟擊靜止的鋰7 原子核 形成一個不穩(wěn)定的復合核后分解成兩個相同的原子核 答案 解析 根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒 則有 2 已知質(zhì)子的質(zhì)量為m 初速度為v0 反應后產(chǎn)生的一個原子核速度大小為 方向與質(zhì)子運動方向相反 求反應后產(chǎn)生的另一個原子核的速度以及反應過程中釋放的核能 設(shè)反應過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?答案 解析 由動量守恒定律得解得v v0釋放的核能為 1 2 3 4 5 6 7 8 9