【走向高考】2017年高考物理人教版一輪復(fù)習(課件)第13章第3講

走向高考·物理路漫漫其修遠兮吾將上下而求索人教版·高考總復(fù)習動量守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核第十三章第3講原子結(jié)構(gòu)原子核能第十三章考綱解讀1基礎(chǔ)自主梳理2跟蹤自測鞏固3重點題型突破4課時作業(yè)6高考模擬5考綱解讀1．知道兩種原子結(jié)構(gòu)模型，會用玻爾理論解釋氫原子光譜。2．掌握氫原子的能級公式并能結(jié)合能級圖求解原子的躍遷問題。3．掌握原子核的衰變、半衰期等知識。4．會書寫核反應(yīng)方程，并能根據(jù)質(zhì)能方程求解核能方程?；A(chǔ)自主梳理1．湯姆孫通過對____________的研究發(fā)現(xiàn)電子，說明原子也是可分的。2．盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)__________α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進，______的α粒發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，_________達到180°而反向彈回。3．盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)學說：在原子的中心有一個很小的核，叫_________。它集中了原子的______________和幾乎全部________。帶負電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)。從α粒子散射實驗可以估計出原子核的大小約為________m。原子的核式結(jié)構(gòu)陰極射線絕大多數(shù)少數(shù)個別的原子核全部正電荷質(zhì)量10－14氫原子光譜1．光譜：復(fù)色光經(jīng)過色散以后形成的彩色圖案稱為光譜。2．發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。發(fā)射光譜有連續(xù)光譜和明線光譜兩種。連續(xù)光譜由熾熱的固體、液體或高壓氣體所發(fā)出的光形成；明線光譜是稀薄氣體或蒸氣發(fā)出的光生成的。原子的特征光譜為明線光譜，不同原子的明線光譜不同。3．吸收光譜：吸收光譜是溫度很高的光源發(fā)出來的白光，通過溫度較低的蒸氣或氣體后產(chǎn)生的。太陽光譜為吸收光譜。玻爾理論能級1．玻爾的原子模型：是以假說的形式提出來的，它包括以下三方面的內(nèi)容：(1)軌道假設(shè)：即軌道是______的，只能是某些分立的值。(2)定態(tài)假設(shè)：即不同的軌道對應(yīng)著不同的_______狀態(tài)，這些狀態(tài)中原子是_______的，不向外輻射能量。(3)躍遷假設(shè)：原子在不同的狀態(tài)具有不同的_______，從一個定態(tài)向另一個定態(tài)躍遷時要_______或_______一定頻率的光子，該光子的能量等于這兩個狀態(tài)的__________。量子化能量穩(wěn)定能量輻射吸收能級差2．能級：在玻爾模型中，原子的可能狀態(tài)是__________的，因此各狀態(tài)對應(yīng)的能量也是___________的。這些能量值叫能級。3．基態(tài)與激發(fā)態(tài)：能量___________狀態(tài)叫做基態(tài)；其他能量狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。4．光子的發(fā)射與吸收：原子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時_______出光子，由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時要_______光子。光子的頻率與能級的關(guān)系：________________。不連續(xù)不連續(xù)最低的發(fā)射吸收hν＝Em－En1．天然放射現(xiàn)象：某些元素________放射某些射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象，這些元素稱_____________。2．三種射線的本質(zhì)：α射線是__________，β射線是___________，γ射線是___________。3．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕。通過對天然放射現(xiàn)象的研究，人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種，三種射線的本質(zhì)和特征對比如下表：天然放射現(xiàn)象自發(fā)地放射性元素氦核流電子流電磁波原子核的衰變新核衰變3．半衰期(1)定義：放射性元素的原子核________發(fā)生衰變需要的時間。(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的____________(如壓強、溫度等)或___________(如單質(zhì)或化合物)無關(guān)。有半數(shù)物理狀態(tài)化學狀態(tài)4．放射性同位素及應(yīng)用(1)同位素有些原子的核電荷數(shù)_______，但質(zhì)量數(shù)_______，這樣一些具有相同核電荷數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱為同位素。(2)放射性同位素的應(yīng)用①放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等。②作示蹤原子。相同不同核反應(yīng)1．核反應(yīng)：在核物理學中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新_________的過程。2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：用__________轟擊靶核，產(chǎn)生另一種_______的方法。原子核高能粒子新核α粒子α粒子核力核能1．核力：_____之間的相互作用力叫核力，它是短程力。2．核能：由于原子核間存在核力，所以核子_______成原子核或原子核_______為核子時均伴隨著巨大的能量變化，這種能量稱為核能。3．質(zhì)能方程：______________________核子結(jié)合分裂E＝mc2(ΔE＝Δmc2)4．質(zhì)量虧損總是發(fā)生在系統(tǒng)向外輻射能量的情況下，系統(tǒng)能量減少了，質(zhì)量自然也就減少了。當系統(tǒng)的質(zhì)量減少Δm時，系統(tǒng)的能量就減少了ΔE，減少的能量向外輻射出去了。減少的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為光子的質(zhì)量，減少的能量轉(zhuǎn)化為光子的能量。雖然光子的靜止質(zhì)量為零，但在光子的輻射過程中，具有能量E＝hν，所以運動的光子具有一定的質(zhì)量。光子運動的速度始終為c，E＝hν＝mc2，所以當一個光子的頻率為ν時，它的質(zhì)量為_________。裂變與聚變幾百萬度以上熱核3．裂變反應(yīng)堆：又稱核反應(yīng)堆，簡稱反應(yīng)堆。反應(yīng)堆主要由以下幾部分組成：①_________；②_________；③_________；④_________；⑤_________。核燃料減速劑控制棒冷卻劑反射層跟蹤自測鞏固(5)目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應(yīng)發(fā)電。(

)(6)氫核、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，當氫核與中子結(jié)合為氘核時，放出的能量為(m1＋m2－m3)c2。(

)(7)三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線，α射線。(

)(3)×半衰期是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律，100個太少，不能用半衰期公式計算。(4)√(5)×現(xiàn)在的核電站利用核裂變釋放的能量，不是聚變釋放的能量，利用聚變釋放的能量是現(xiàn)在努力的方向，雖有突破，但還不能大規(guī)模應(yīng)用。(6)√

(7)√答案：D重點題型突破氫原子能級圖及原子躍遷1．能級圖中相關(guān)量意義的說明相關(guān)量表示意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“－13.6，－3.40…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量差越小，距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷的條件為hν＝Em－En氫原子的能級圖如圖所示。2．對原子躍遷條件hν＝Em－En的說明(1)原子躍遷條件hν＝Em－En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。(2)當光子能量大于或等于13.6eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。(3)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級躍遷。(2)直接躍遷與間接躍遷原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的。直接躍遷時輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時輻射(或吸收)的所有光子的能量和。思路引導(dǎo)：(1)如何求出輻射的光譜線條數(shù)？(2)分析能級圖的特點：①量子數(shù)越大：____________________________。②量子數(shù)越?。篲___________________________。(3)輻射出的光子的波長與光的頻率有什么關(guān)系？(4)如何求光電子的最大初動能？答案：(1)可利用數(shù)學中的組合知識求得。(2)①對應(yīng)的能級差越?、趯?yīng)的能級差越大(3)成反比。(4)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekmax＝hν－W0。A．氫原子在n＝2的能級時可吸收能量為3.6eV的光子而發(fā)生電離B．氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時輻射出光子的能量可以小于0.66eVC．b光比a光的波長短D．氫原子從n＝4的能級可輻射出5種頻率的光子答案：A解析：從n＝2電離所需的最小能量等于：E－E2＝0－(－3.4)＝3.4eV，光子能量3.6eV高于此值故能引起電離，故A正確。氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時輻射出光子的能量為：－0.85－(－1.51)＝0.66eV，故B錯誤。根據(jù)躍遷規(guī)律可知從n＝4向n＝2躍遷時輻射光子的能量大于從n＝3向n＝2躍遷時輻射光子的能量，則可見光a的光子能量大于b，又根據(jù)光子能量E＝hν可得a光子的頻率大于b，故a光比b光的波長短，故C錯誤。氫原子從n＝4的能級躍遷時，能發(fā)出C＝6種頻率的光子，故D錯誤。與能級有關(guān)的能量問題1．原子從低能級向高能級躍遷的能量情況：吸收一定能量的光子，當一個光子的能量滿足hν＝E末－E初時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當光子能量hν大于或小于E末－E初時都不能被原子吸收。2．原子從高能級向低能級躍遷的能量情況：以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差。(3)原子的電勢能的變化規(guī)律。①通過庫侖力做功判斷，當軌道半徑增大時，庫侖引力做負功，原子的電勢能增大。反之，當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當軌道半徑增大時，原子能量增大，電子動能減小，故原子的電勢能增大。反之，當軌道半徑減小時，原子能量減小，電子動能增大，故原子的電勢能減小。名師歸納：與能級有關(guān)的能量問題的解題步驟(1)分析已知量，根據(jù)庫侖力提供核外電子做圓周運動的向心力列圓周運動動力學方程。(2)根據(jù)處于某定態(tài)原子的能量等于電子動能與電子電勢能之和列方程，求電勢能。(3)原子發(fā)生能級躍遷時能量與吸收或放出光子(或?qū)嵨锪Ｗ?的能量相等，可列方程求光子的頻率或相關(guān)物理量。答案：(1)1.05×10－3A

(2)見解析圖(3)6.58×10－7m原子核的衰變規(guī)律注意：①γ射線是伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生的。放出γ射線后，原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不變，其實質(zhì)是放射性元素的原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時，由于產(chǎn)生的某些新核具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。②當放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴有γ射線產(chǎn)生，這時可連續(xù)放出三種射線。2．三種射線的成分和性質(zhì)思路引導(dǎo)：(1)核反應(yīng)方程滿足什么規(guī)律？(2)寫出計算剩余質(zhì)量的公式。答案：B解析：設(shè)E的核電荷數(shù)為Z，則F的核電荷數(shù)為(Z－2)，G的核電荷數(shù)為(Z－1)，H的核電荷數(shù)為(Z－3)；又P是F的同位素，故P與F的核電荷數(shù)相同，即P的核電荷數(shù)為(Z－2)，則Q的核電荷數(shù)為(Z－1)，R的核電荷數(shù)為Z，S的核電荷數(shù)為(Z－2)。所以Q和G是同位素，R和E是同位素，S、F和P是同位素。選項B正確。核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程1．核反應(yīng)的四種類型2.書寫核反應(yīng)方程的原則和步驟(1)書寫核反應(yīng)方程的原則及方法①無論何種核反應(yīng)方程，都必須遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒(注意：不是質(zhì)量守恒)，有些核反應(yīng)方程還要考慮能量守恒及動量守恒。②核反應(yīng)過程一般是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭“→”表示反應(yīng)進行的方向，不能把箭頭寫成等號。③核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空地只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。(2)書寫核反應(yīng)方程的步驟在寫核反應(yīng)方程時，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當位置上，然后根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒計算出未知核(或未知粒子)的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)，最后根據(jù)未知核(或未知粒子)的核電荷數(shù)確定是哪種元素(或哪種粒子)，并在核反應(yīng)方程一般形式的適當位置填上它們的符號。思路引導(dǎo)：(1)試寫出α粒子、β粒子、中子的符號。(2)原子彈利用的是什么反應(yīng)？(3)氫彈利用的是什么反應(yīng)？解析：(1)人工轉(zhuǎn)變方程的特點是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核，箭頭的右邊也是常見元素的原子核。E是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。B是裂變反應(yīng)，是研究原子彈的核反應(yīng)方程。A是聚變反應(yīng)，是研究氫彈的核反應(yīng)方程。(2)由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為144－56＝88。答案：(1)E

B

A

(2)144

88

(3)輕核聚變重核裂變β衰變α衰變?nèi)斯まD(zhuǎn)變核能的計算1．質(zhì)能方程的理解(1)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E＝mc2。方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2。(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。2．核能釋放的兩種途徑的理解中等大小的原子核的比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。(1)使較重的核分裂成中等大小的核。(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會增加，都可以釋放能量。3．計算核能的幾種方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程計算核能①根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算。因1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進行計算。(2)根據(jù)能量守恒定律和動量守恒定律計算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的，因此，在題給條件中不涉及質(zhì)量虧損，或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下，由動量守恒定律和能量守恒定律可以計算出核能的變化。(3)利用平均結(jié)合能計算核能原子核的結(jié)合能＝核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放