《原子結(jié)構(gòu)和原子核》PPT課件.ppt

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1、,,(對應(yīng)學(xué)生用書P248) 一、原子結(jié)構(gòu) 1電子的發(fā)現(xiàn)：1897年， 湯姆遜通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，從而說明電子是原子的組成部分，即原子是可以再分的,2原子的核式結(jié)構(gòu) (1)19091911年，英國物理學(xué)家盧瑟福進行了粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型 (2)粒子散射實驗 實驗裝置：如下圖所示 實驗結(jié)果：粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90，甚至被彈回 (3)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn),3玻爾的原子模型 (1)玻爾理論 軌道量子化：原子核外

2、電子只能處在某些固定軌道上，即電子的軌道是量子化的電子的軌道半徑只能是某些不連續(xù)的值 能量量子化：當(dāng)電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，從而具有不同的能量，即原子的能量是量子化的 原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài) 頻率條件：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(En，mn)時，會放出能量為h的光子，則hEmEn，這個式子被稱為頻率條件反之，當(dāng)電子吸收光子時會從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子的能量同樣由頻率條件決定,,,二、原子核 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)稱核子 (

3、2)原子核的符號：原子核常用X表示，A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)(原子序數(shù)) (3)同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱同位素,,(1)衰變的實質(zhì)是2個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個氦原子核，衰變的實質(zhì)是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子，同時釋放出一個電子 (2)半衰期只與原子核本身有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān),三、核力與核能 1核力 (1)含義：原子核里的核子間存在互相作用的核力，核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核 (2)特點 核力是強相互作用的一種表現(xiàn) 核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi) 每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用,2核能 (1)結(jié)

4、合能：把構(gòu)成原子核的結(jié)合在一起的核子分開所需的能量 (2)比結(jié)合能 定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能 性質(zhì)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定 (3)質(zhì)能方程：一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即Emc2. 核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)減少，即Emc2.,(4)質(zhì)能方程的意義：質(zhì)量和能量是物質(zhì)的兩種屬性，質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量是不可分割的，它建立了兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系 (5)核能的獲得方式：重核裂變和輕核聚變 聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量大約要大3

5、4倍 (6)核能的計算 根據(jù)Emc2計算，計算時m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J” 根據(jù)Em931.5 MeV計算因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計算時m的單位是“u”，E的單位是“MeV” 根據(jù)平均結(jié)合能來計算核能，原子核的結(jié)合能核子平均結(jié)合能核子數(shù),(對應(yīng)學(xué)生用書P249) 要點一躍遷與電離的區(qū)別 1.躍遷：根據(jù)玻爾理論，當(dāng)原子從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷時，必須吸收光子才能實現(xiàn)相反，當(dāng)原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時，必須輻射光子才能實現(xiàn)，躍遷時不管是吸收還是輻射光子，其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量差,這個對應(yīng)關(guān)系是我們作出準(zhǔn)確判斷的依據(jù)若是在

6、電子的碰撞下引起原子的躍遷，則要求電子的能量必須大于或等于原子的某兩個能級差，兩種情況有所不同，要引起注意 2.電離：原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)被破壞，而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論，如基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV，只要能量大于或等于13.6 eV的光子都能使基態(tài)的氫原子吸收而電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能就越大，不論原子處于什么狀態(tài)，只要入射光子的能量大于該狀態(tài)的電離所需要的能量就可使之電離,欲使處于基態(tài)的氫原子受激發(fā)，下列措施可行的是() A用10.2 eV的光子照射 B用11 eV的電子碰撞 C用14 eV的光子照射 D用10 eV的光子照射 解析由氫原子能

7、級圖算出只有10.2 eV為第二能級與基態(tài)之間的能量差，而大于13.6 eV的光子能使氫原子電離 答案ABC,要點二三種射線的比較,,(1)自然界中原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性 (2)天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的元素的放射性不受單質(zhì)和化合物存在形式的影響,,,,(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，個別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預(yù)測；對個別或極少數(shù)原子核，無半衰期可言 (2)原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，但并非質(zhì)量守恒；核反應(yīng)過程前、后質(zhì)量發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能，質(zhì)量與能量相聯(lián)系,解析本題考查原子核的半衰期意在考查

8、考生對半衰期的理解能力由題意，該放射性元素經(jīng)過11.4天發(fā)生了3個半衰期，所以該放射性元素的半衰期是3.8天 答案D,,例1如圖為氫原子的能級圖，用具有一定能量的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，觀測到了一定數(shù)目的光譜線換用能量較高的光再進行觀測，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條用n表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示換用能量較高的光的能量則n和E的可能值為() An1，E13.22 eV Bn1，E13.06 eV Cn2，E12.75 eV Dn2，E12.10 eV,思路誘導(dǎo)題中涉及兩個未知的量子數(shù)，存在不定解，但要注意兩個量子數(shù)一定是正整數(shù) 嘗試解答設(shè)用具有一定能量的光照射大量處于

9、基態(tài)的氫原子時躍遷到量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)，然后再向低能級躍遷輻射出C條光譜線換用能量較高的光照射大量處于基態(tài)的氫原子時躍遷到量子數(shù)為n1的激發(fā)態(tài)，能輻射出C2n1條光譜線，由題意有C2n1C5，解得：當(dāng)n14時，n2，即n2；當(dāng)n16時，n5，即n1.與此對應(yīng)的光的能量為E12.75 eV和E13.22 eV.所以AC正確 答案AC,解析本題考查氫原子能級與原子躍遷，意在考查考生對原子躍遷規(guī)律的理解與應(yīng)用當(dāng)用頻率為0的光照射處于基態(tài)的氫原子時，由所發(fā)射的光譜中僅能觀測到三種頻率的譜線可知，這三種頻率的光子應(yīng)是氫原子從第3能級向低能級躍遷過程中所輻射的，由能量特點可知，312. 答案B,題型二核反

10、應(yīng)方程和、衰變規(guī)律 (1)對于確定、衰變次數(shù)的問題，可以先由質(zhì)量數(shù)的減少確定衰變的次數(shù)(因為衰變質(zhì)量數(shù)不減少)，再由電荷數(shù)的變化情況結(jié)合、衰變時電荷數(shù)的變化規(guī)律，最終確定衰變次數(shù) (2)確定、衰變后質(zhì)子和中子的變化數(shù)有兩種方法：因為原子核的電荷數(shù)即為核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，所以新核與原來核的電荷數(shù)之差即為變化的質(zhì)子數(shù)；新、舊核質(zhì)量數(shù)的變化等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)變化之和，所以由質(zhì)量數(shù)的變化減去質(zhì)子數(shù)的變化即為中子數(shù)的變化 由、衰變的機理確定：每發(fā)生一次衰變，中子和質(zhì)子數(shù)各減少2，而每發(fā)生一次衰變減少一個中子而生成一個質(zhì)子,例2由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn)，在使用人工的方法制造后才被發(fā)

11、現(xiàn)已知Np經(jīng)過一系列衰變和衰變后變成Bi，下列論斷中正確的是() A核Bi比核Np少28個中子 B衰變過程中共發(fā)生了7次衰變和4次衰變 C衰變過程中共發(fā)生了4次衰變和7次衰變 D發(fā)生衰變時，核內(nèi)中子數(shù)不變 思路誘導(dǎo)(1)根據(jù)衰變方程列質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒方程組 (2)元素的質(zhì)子數(shù)(電荷數(shù))和中子數(shù)有何關(guān)系？,答案B,(2010全國)原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個粒子和一個質(zhì)子，由此可知() AA2，Z1BA2，Z2 CA3，Z3 DA3，Z2 解析本題考查核反應(yīng)方程的書寫，主要考查電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒根據(jù)這兩點有方程A241，Z121，解得A3，Z2. 答案D,題型三核能計算及與核能相關(guān)綜合問題

12、 (1)各種核變化(四種)若發(fā)生質(zhì)量虧損，必釋放出核能，可由質(zhì)能方程Emc2計算釋放的核能 (2)在Emc2中，m叫質(zhì)量虧損，它是反應(yīng)核(包括被它俘獲的粒子)跟新核(包括釋放出的粒子)的質(zhì)量之差并不只是新、舊核的質(zhì)量之差 (3)各種核反應(yīng)過程都遵守能量守恒定律和動量守恒定律釋放的核能常表現(xiàn)為生成的新核、放出的粒子的動能和射線能量若在勻強電場或勻強磁場中發(fā)生核反應(yīng)，還要聯(lián)系新核及放出的粒子在電場或磁場中的運動情況綜合分析,,,,能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界中普遍遵守適用的物理規(guī)律，在處理包括核能在內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化問題時，一定要弄清楚參與轉(zhuǎn)化的能量形式、種類及各種形式能的計算方法如核反應(yīng)中釋放的核能是與

13、核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損相對應(yīng)的，若核反應(yīng)中無電磁波輻射，則最終的能量即表現(xiàn)為新生粒子和新核的動能,原來靜止的鈾U和釷234同時在同一勻強磁場中，由于衰變而開始做勻速圓周運動鈾238發(fā)生了一次衰變，釷234發(fā)生了一次衰變 (1)試畫出鈾238發(fā)生一次衰變時所產(chǎn)生的新核及粒子在磁場中運動軌跡的示意圖 (2)試畫出釷234發(fā)生一次衰變時所產(chǎn)生的新核及粒子在磁場中的運動軌跡的示意圖,,,(對應(yīng)學(xué)生用書P251) 易錯點1：對玻爾的能級理論理解不準(zhǔn)確造成的錯誤 氫原子能級的示意圖如圖所示，大量氫原子從n4的能級向n2的能級躍遷時輻射出可見光a，從n3的能級向n2的能級躍遷時輻射出可見光b，則(),A氫原子從

14、高能級向低能級躍遷時可能會輻射出射線 B氫原子從n4的能級向n3的能級躍遷時會輻射出紫外線 C在水中傳播時，a光較b光的速度小 D氫原子在n2的能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離 錯因分析本題綜合性比較強，學(xué)生在做題時審不清題意，不會比較可見光a、紫外線、射線能量間的關(guān)系，錯選A或B；不清楚“躍遷”與“電離”的區(qū)別，不能根據(jù)hEmEn進行比較判斷，誤選D. 正確解答原子核外層電子躍遷產(chǎn)生的只能是光波，射線由原子核躍遷獲得，A項錯誤；氫原子從n4能級向n3能級躍遷時產(chǎn)生的光的頻率比從n3能級向n2能級躍遷放出的光子頻率還小，不可能是紫外線，B項錯誤；a光能量大，頻率大，在水中的速度小，C項正確；

15、n2能級的電離能為3.4 eV，只有大于此能量的光子才能發(fā)生電離，D項錯誤答案為C.,如下圖所示為氫原子的能級圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n1)的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為() A13.6 eV B12.75 C10.2 eV D12.09 eV,解析多個氫原子處于n3能級對應(yīng)的激發(fā)態(tài)，才能夠正好產(chǎn)生三種不同頻率的光子，分別為h1E3E2，h2E2E1，h3E3E1.故吸收光子能量必滿足hE3E112.09 eV.D正確 原子的躍遷條件hEmEn對于吸收光子和放出光子都適用注意若吸收光子的能量大于基態(tài)電離能時，原子對光子

16、的吸收不再受能級差限制 答案D,易錯點2：對衰變及衰變規(guī)律的理解不準(zhǔn)確 目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些材料都不同程度地含有放射性元素，下列有關(guān)放射性元素的說法中正確的是() A射線與射線一樣都是電磁波，但穿透本領(lǐng)遠比射線弱 B氡的半衰期為3.8天，4個氡原子核經(jīng)過7.6天后就一定只剩下1個氡原子核 C.U衰變成Pb要經(jīng)過6次衰變和8次衰變 D放射性元素發(fā)生衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的,錯因分析錯解1：不明確射線的本質(zhì)，誤認(rèn)為射線即電磁波，錯選A. 錯解2：不理解半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，只有對大量原子核才成立，因而錯選B. 錯解3：不清楚衰變產(chǎn)生的本質(zhì)

17、原因，以為是原子核內(nèi)本來就有電子而漏選D.,對于衰變，要記住以下三點：(1)三種射線的產(chǎn)生、本質(zhì)和特性；(2)半衰期只對大量原子核才有意義；(3)衰變次數(shù)的計算順序是先算衰變后算衰變,關(guān)于半衰期，以下說法正確的是() A同種放射性元素在化合物中的半衰期比在單質(zhì)中長 B升高溫度可以使半衰期縮短 C氡的半衰期為3.8天，若有四個氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個 D氡的半衰期為3.8天，4克氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下1克 解析考慮到放射性元素衰變的快慢是跟原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，又考慮到半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律，即給定的四個氡核是否馬上衰變會受到各種偶然因素的支配因此，正確答案只有D.

18、答案D,(對應(yīng)學(xué)生用書P252) 1(2010上海)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是() A粒子的散射實驗B對陰極射線的研究 C天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) D質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 解析本題考查原子的核式結(jié)構(gòu)理論意在考查考生對物理學(xué)史、原子的核式結(jié)構(gòu)理論的形成依據(jù)、粒子散射實驗的實驗結(jié)論的認(rèn)識對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，B錯；天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕，C錯；質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)是原子核人工轉(zhuǎn)變的重大成果，D錯，只有A正確 答案A,解析本題考查核反應(yīng)類型及核反應(yīng)方程式，意在考查考生的理解能力A項是衰變，正確；B項是核的人工轉(zhuǎn)變，錯誤；C項是輕核聚變，正確；D項是衰變，錯誤 答案AC,,,,答案(1)A (2)8.21014遵循動量守恒定律 (3)n