2022版高考物理一轮复习-第15章-近代物理初步-第2节-原子结构和原子核学案.doc
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1、2022版高考物理一轮复习 第15章 近代物理初步 第2节 原子结构和原子核学案2022版高考物理一轮复习 第15章 近代物理初步 第2节 原子结构和原子核学案年级:姓名:- 16 -第2节原子结构和原子核一、原子结构1电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。2原子的核式结构(1)粒子散射实验:19091911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但有少数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。(2)原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集
2、中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。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,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。2光谱分类3氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式R,(n3,4,5,R是里德伯常量,R1.10107 m1)。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、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稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。(2)跃迁:原子从一种
3、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hEmEn。(h是普朗克常量,h6.631034 Js)(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。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。2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氢原子的能级公式:EnE1(n1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E113.6 eV。氢原子的半径公式:rnn2r1(n1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r10.53 1010m。四、原子核的组成、放射性、原子核的衰
4、变、半衰期、放射性同位素1原子核的组成原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数。2天然放射现象元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构。3放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素:有天然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。(2)应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等。(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害。4原子核的衰变(1)衰变:原子核放出粒子或粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。(2)分类衰变:XYHe如:UThHe;衰变:XYe如:ThPae;(3)半衰期:放射性元素的原子核有半数
5、发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。五、核力和核能1核力原子核内部,核子间所特有的相互作用力。2核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其对应的能量Emc2。(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加m,吸收的能量为Emc2。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。(2)典型的裂变反应方程:UnKrBa3n。(3)链式反应:重核裂变产生的中子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:裂变物质能够发生链式反应的
6、最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用:原子弹、核反应堆。(6)反应堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2轻核聚变(1)定义:两个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)典型的聚变反应方程:HHHen17.6 MeV1思考辨析(正确的画“”,错误的画“”)(1)、三种射线中,射线的电离作用最强。()(2)半衰期与温度无关。()(3)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个。()(4)所有元素都可以发生衰变。()(5)核反应中质量数守恒,故没有质量亏损。()(6)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量。()2(粤教版
7、选修35P97T2)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D半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关,故D正确。3(沪科版选修35P75T4改编)已知铋210的半衰期是5.0天,8 g铋210经20天后还剩下()A1 g B0.2 g C0.4 g D0.5 gD由公式mm0得m8 g0.5 g,D正确。4(人教版选修35P81例题改编)已知中子的质量是mn1.674 91027 kg,质子的质量是mp1.672 61027 kg,氘
8、核的质量是mD3.343 61027 kg,则氘核的比结合能为()A3.511013 J B1.76 MeVC1.761013 J D2.19 MeV答案C5(粤教版选修35P97T3改编)关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的是()AUThHe是人工核转变BNHeOH是衰变CHHHen是轻核聚变DSeKr2e是重核裂变答案C 玻尔理论和能级跃迁1对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示(2)能级图中相关量意义的说明相关量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,
9、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hEmEn2两类能级跃迁(1)自发跃迁:高能级低能级,释放能量,发出光子。光子的频率。(2)受激跃迁:低能级高能级,吸收能量。光照(吸收光子):吸收光子的全部能量,光子的能量必须恰等于能级差hE。碰撞、加热等:可以吸收实物粒子的部分能量,只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外E。大于电离能的光子被吸收,将原子电离。典例示法(20201月浙江选考T14改编)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示,已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间,则()A氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐
10、射出射线B氢原子从n3的能级向n2的能级跃迁时会辐射出红外线C处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的红外线并发生电离D大量氢原子从n4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光D氢原子从高能级向低能级跃迁时只能辐射出紫外线、可见光和红外线,而射线是原子核辐射的,选项A错误;氢原子从n3能级向n2能级跃迁时辐射出可见光,不会辐射出红外线,选项B错误;由于红外线光子能量小于处于n3能级氢原子的电离能1.51 eV,所以处于n3能级的氢原子不可以吸收任意频率的红外线并发生电离,选项C错误;大量氢原子从n4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种不同频率的光子,其中只有从n4能级跃迁到n2能级和从n3能级跃迁
11、到n2能级时辐射的光子能量在可见光光子能量范围内,所以可辐射出2种频率的可见光,选项D正确。1电离电离态与电离能电离态:n,E0基态电离态:E吸0(13.6 eV)13.6 eV激发态电离态:E吸0En|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。2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hEmEn决定,波长可由公式c求得。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n1。(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。用数学中的组合知识求解:NC。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
12、相加。跟进训练1(2019全国卷)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为()A12.09 eV B10.20 eV C1.89 eV D1.51 eVA因为可见光光子的能量范围是1.63 eV3.10 eV,所以氢原子至少要被激发到n3能级,要给氢原子提供的能量最少为E(1.5113.60)eV12.09 eV,即选项A正确。2(2016北京高考)处于n3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有()A1种 B2种 C3种 D4种C大量氢原子从n3能级向低能级跃迁时,
13、能级跃迁图如图所示,有3种跃迁情况,故辐射光的频率有3种,选项C正确。3(2020永州市模拟)如图所示是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图。大量处于n3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,设普朗克常量为h,下列说法不正确的是()A能产生3种不同频率的光子B产生的光子的最大频率为C当氢原子从能级n2跃迁到n1时,氢原子的能量变大D若氢原子从能级n2跃迁到n1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n3跃迁到n1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3E2C根据C可得从n3能级向低能级跃迁能产生C3种不同频率的光子,A正确;产生的光子有最大能量的
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