高考物理第二輪復(fù)習(xí)課件原子結(jié)構(gòu)與原子核波粒二象性

1、專題八 選修3-5 一、原子結(jié)構(gòu)與原子核 1a粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù) a粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù) a粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn) 2原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部的質(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). 原子核的大?。涸拥陌霃酱蠹s是10-10m，原子核的半徑大約為10-14m10-15m. 3玻爾理論有三個(gè)要點(diǎn)： (1)原子只能處于一系列的不連續(xù)的能量狀態(tài)中， 在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的電子雖然繞核旋轉(zhuǎn)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài) (2)原子從一種定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的

2、能量差決定，即h=E2-E1. (3)原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子沿不同圓形軌道運(yùn)動(dòng)原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因而電子的可能軌道是分立的 在玻爾模型中，原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量也是不連續(xù)的，這些不連續(xù)的能量值叫做能級(jí) 4原子核是由質(zhì)子和中子組成的質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 將核子穩(wěn)固地束縛在一起的力叫核力，是一種短程強(qiáng)力，只能在2.0 10-15m的距離內(nèi)起作用，所以只有相鄰的核子間才有核力作用 5原子核的衰變 (1)天然放射現(xiàn)象：有些元素自發(fā)地放射出看不見的射線，這種現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象 (2)放射性元素放射的射線有三種： a射線、 b射線、射線. (3)放射性元素放射出a粒子或b粒子

3、后，衰變成新的原子核，原子核的這種變化稱為衰變.衰變規(guī)律：衰變中的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的 (4)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間稱為半衰期不同的放射性元素的半衰期是不同的，但對(duì)于確定的放射性元素，其半衰期是確定的它由原子核的內(nèi)部因素所決定，跟元素的化學(xué)狀態(tài)、溫度、壓強(qiáng)等因素?zé)o關(guān). (5)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)，中子數(shù)不同的原子在元素周期表中處于同一位置，互稱同位素 6核反應(yīng) 原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)(人工轉(zhuǎn)變) 典型的原子核人工轉(zhuǎn)變 質(zhì)子 的發(fā)現(xiàn)方程，盧瑟福. 中子 的發(fā)現(xiàn)方程，查德威克. 7核能 (1)核反應(yīng)中放出的能量稱為核能 (2)質(zhì)量

4、虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子質(zhì)量之和 (3)質(zhì)能方程：質(zhì)能關(guān)系為E=mc2，原子核的結(jié)合能DE=Dmc2. 1441717281N+ HeO+ H，11H10n9121460Be+HeC+ n， 8裂變 (1)把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出的核能的反應(yīng)，叫裂變，典型的裂變反應(yīng)是： (2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：一個(gè)重核吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變時(shí)，分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量核，同時(shí)釋放若干個(gè)中子，如果這些中子再引起其他重核的裂變，就可以使這種裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 9輕核的聚變 把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出的核能的反應(yīng)叫輕核的聚變聚變反應(yīng)釋放能量較多，典型的輕核聚變?yōu)椋?351

5、90136192038540U+ nSr+Xe+10 n.22411120H+ HHe+ n.二、光電效應(yīng)、波粒二象性 1光電效應(yīng)的規(guī)律 (1)任何一種金屬都有發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng) (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光的頻率增大而增大 (3)光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9s. (4)當(dāng)入射光的頻率大于金屬極限頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比 2光子說 在空間傳播的光不是 連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為 一個(gè)光子，光子的能量與其頻率成正 比，即E=h. 3光電效應(yīng)方程：Ek=h-W. 4光的波粒二象性：光既

6、具有波動(dòng)性，又有粒子性 (1)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性. (2)光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，具有能量和動(dòng)量與其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的多少(概率)，由波動(dòng)性起主導(dǎo)作用 (3)對(duì)不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動(dòng)性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著 5物質(zhì)波：任何運(yùn)動(dòng)物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，波長是 .hp 方法指導(dǎo)： 1寫核反應(yīng)方程的方法： (1)書寫原則：反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒； (2)注意事項(xiàng)： 書寫核反應(yīng)方程時(shí)要以事實(shí)為依據(jù)，不能隨意編寫； 核反應(yīng)通常不可逆，方程中

7、要用 “”連接，不能用“=”連接2計(jì)算核反應(yīng)產(chǎn)生的核能的方法： (1)利用質(zhì)量虧損計(jì)算：DE= Dmc2(其中原子質(zhì)量單位相當(dāng)?shù)暮四埽?u=931.5MeV)； (2)利用正比關(guān)系計(jì)算：得出一個(gè)原子核產(chǎn)生的核能后，則得出核反應(yīng)的 原子核個(gè)數(shù)即可利用正比關(guān)系求解總核能； (3)利用衰變時(shí)系統(tǒng)增加的動(dòng)能近似計(jì)算：DEDEk. 1光電效應(yīng)規(guī)律【例1】對(duì)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0，下面的理解正確的有()A只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會(huì)具有同樣的初動(dòng)能EkB式中的W0表示每個(gè)光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功C逸出功W0和截止頻率c之間應(yīng)滿

8、足關(guān)系式W0=hcD光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率成正比【切入點(diǎn)】根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律及逸出功、最大初動(dòng)能概念即可解答【解析】愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0中的W0表示從金屬表面直接逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功，因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值對(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能是所有光電子中最大的其他光電子的初動(dòng)能都小于這個(gè)值若入射光的頻率恰好是截止頻率，即剛好能有光電子逸出，可理解為逸出的光電子的最大初動(dòng)能是0，因此有W0=hc.由Ek=h-W0可知Ek和之間是一次函數(shù)關(guān)系，但不是正比關(guān)系答案：C【點(diǎn)評(píng)】 光電效應(yīng)規(guī)律：每種金屬都有極限頻率，當(dāng)入射光的頻率大于這種金屬的極限頻率時(shí)才

9、能發(fā)生光電效應(yīng)；光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，跟入射光強(qiáng)度無關(guān)；光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9s. 愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=h-W0.其中Ek為光電子獲得的最大初動(dòng)能，h為光子的能量，W0為光電子的逸出功【同類變式1】 (2011新課標(biāo))在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為0，該金屬的逸出功為_若用波長為(0)單 色 光 做 實(shí) 驗(yàn) ， 則 其 遏 止 電 壓 為_已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h. 0000kmkmchhcUWhcEhWhWUeEe金屬逸出功 若用波長為 單色光實(shí)驗(yàn)，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程由動(dòng)能定理可得【

10、解析】00000;()hc hchcee 答案寫成也可 2波粒二象性【例2】在b衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出 中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中 的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在 (1)中微子與水中的 發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子( n)和正電子( )，即 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是(填寫選項(xiàng)前的字母)()11010+1+ Hn+ e中微子0+1e11H11H 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是(填寫選項(xiàng)前的字母)() A0和0 B0和1 C1和0 D1和1 (2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的

11、正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子()，即： 已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1 10-31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_J.正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因_ (3)試通過分析比較，具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長的大小11+1-1e+ e2【切入點(diǎn)】根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，能量守恒以及物質(zhì)波概念、公式即可求解【解析】 (1)根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為0. (2)反應(yīng)方程遵循能量守恒，由質(zhì)能方程，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量 223148219.1 10(3 10 ) J2 .82

12、 10JemcEm cDD ,.32nenehppmEkmmppne 正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故不可能只產(chǎn)生一個(gè)光子，因?yàn)榇诉^程遵循動(dòng)量守恒 粒子的動(dòng)量， 物質(zhì)波的波長 由，知，則 141 A 2 8.2 10; 3ne;遵循動(dòng)量守恒答案：hphp任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波長與之對(duì)應(yīng)，波長是，式中 是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量， 是普朗克常量，人們把這種波叫做物質(zhì)波物質(zhì)波既不是機(jī)械波，也不是電磁波；物質(zhì)波在某一地方出現(xiàn)的強(qiáng)度與在該處找到它所代表的粒子的概率成正比；物質(zhì)波是一種概率波宏觀物體的物質(zhì)波波長太小，所以很難觀察到它們

13、的【點(diǎn)評(píng)】波動(dòng)性【同類變式2】 (2011師大附中模擬)日本福島核電站發(fā)生爆炸以來，亞太地區(qū)遭受到近年來非常嚴(yán)重的一次核輻射擴(kuò)散，下列關(guān)于核輻射的說法正確的是()A放射性物質(zhì)放出的射線中，a粒子的動(dòng)能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng)B射線就是一種電磁波，因此防手機(jī)輻射的孕婦防護(hù)服能有效地減少射線對(duì)人體的傷害C放射性碘131的物理半衰期是8天，因此空氣中的放射性碘16天后都會(huì)消失D放射性碘131的衰變產(chǎn)物是氙131，已知它的衰變方程是 ，可知它在衰變過程中會(huì)放出b射線和射線1IXe+ e【解析】 a粒子貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)弱，A錯(cuò),b射線和射線貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)強(qiáng)，a射線、b射線都不

14、是電磁波，B錯(cuò)；放射性碘131經(jīng)過16天后變?yōu)樵瓉淼乃姆种?，C錯(cuò)發(fā)生a 、b衰變時(shí)伴隨著有射線放出，D對(duì)3能級(jí)【例2】圖甲所示為氫原子的能級(jí)，圖乙為氫原子的光譜已知譜線a是氫原子從n=4的能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)的輻射光，則譜線b是氫原子()A從n=3的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)的輻射光B從n=5的能級(jí)躍遷到 n=2的能級(jí)時(shí)的輻射光C從n=4的能級(jí)躍遷到 n=3的能級(jí)時(shí)的輻射光D從n=5的能級(jí)躍遷到 n=3的能級(jí)時(shí)的輻射光【切入點(diǎn)】 根據(jù)玻爾理論，電子發(fā)生躍遷吸收或放出的能量為兩能級(jí)的能量之差【解析】 譜線b的波長處于400nm500nm間，由E=hc/ 可知其光子能量處于2.48eV3.11e

15、V之間中的某一數(shù)值，根據(jù)能級(jí)圖可知，譜線b可能是氫原子從n=5的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)的輻射光【點(diǎn)評(píng)】 要用光子使原子受激發(fā)，就必須使光子的能量(h)等于兩能級(jí)的能量差(E1-E2)，光子能量(h)大于或小于這個(gè)值(E1-E2)，都不能使原子躍遷有一種特例：如果光子能量大于或等于原子的電離能，也可以發(fā)生躍遷(電離也可以理解為一種躍遷)電子碰撞也能使原子能級(jí)躍遷電子與光子不同，電子的能量不是一份一份的，只要入射電子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值(hE1-E2)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷【同類變式3】 (2011湖南師大附中模擬)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En=E1/n2，其中n=2

16、,3用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為() 111142A. B.349C. D.hchcEEhchcEE2111 41 4 CABDEEcEh 第一激發(fā)態(tài)的氫原子能量，根據(jù)公式可知電離時(shí)滿足得【解析】對(duì)， 、 、 錯(cuò)4核反應(yīng)方程、質(zhì)能關(guān)系【例4】在熱核反應(yīng)中，如果兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)a粒子時(shí)，放出28.30MeV的能量；當(dāng)三個(gè)a粒子結(jié)合成一個(gè)碳核時(shí)，放出7.26MeV的能量；則當(dāng)6個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)碳核時(shí)，釋放的能量為()A21.04MeV B35.56MeVC92.16MeV D77.64MeV 【切入點(diǎn)】 三個(gè)a粒子結(jié)合成一個(gè)碳核 ，實(shí)質(zhì)上就是6個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)碳核的分解式【解析】兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)a粒子是一個(gè)輕核的聚變核反應(yīng)，核反應(yīng)不是只要電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒就隨便寫一個(gè)都可以的，一定要符合事實(shí)，本題中強(qiáng)調(diào)在熱核反應(yīng)中，則使核反應(yīng)具備了成立的條件，兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè) a粒子 然后三個(gè) a粒子結(jié)合成一個(gè)碳核 實(shí)質(zhì)上就是6個(gè)中子和 6個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一 412263 HeC10121166 H+6 nC1141022 H+2 nHe412263 HeC1112106114412102266 H+6 nC662 H+2 nHe3 HeC