第16章 第2讲 原子和原子核(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习（粤教版2019）

高考复习顶层设计·物理 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第十六章 原子结构　波粒二象性　原子核 第2讲　原子和原子核 1.知道原子的核式结构,掌握玻尔理论及能级跃迁规律。2.了解原子核的组成及核力的性质,了解半衰期及其统计意义。3.认识原子核的结合能,了解核裂变及核聚变,能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点1　电子的发现　原子核式结构模型 1.电子的发现:英国物理学家_______发现了电子。 2.α粒子散射实验:1909年,英国物理学家_______和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。 汤姆孙 卢瑟福 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 3.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 ________和几乎全部_____都集中在核里,带负电的_______在核外空间绕核旋转。 正电荷 质量 电子 (1)在α粒子散射实验中,少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞( ) (2)原子中绝大部分是空的,原子核很小( ) (3)原子核式结构是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的( ) 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例1】　下列说法正确的是(　　) A.电子的发现说明了原子核内部还有复杂结构 B.α粒子散射实验揭示了原子的核式结构 C.α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转 D.α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转,是α粒子与原子核发生碰撞所致 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　电子的发现说明了原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有结构,不能说明原子核内部还有复杂结构,A项错误;α粒子散射实验中绝大多数α粒子几乎没有发生偏转,说明了原子内部很“空”,少数α粒子发生较大偏转,是因为α粒子在经过时受到原子核很大的斥力,揭示了原子的核式结构,B项正确,C、D两项错误。 答案　B 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点2　玻尔理论　能级跃迁 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。 连续 吸收 特征 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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∞(n=3,4,5,…),R∞是里德伯常量,R∞=1.10×107 m-1。 4.光谱分析:利用每种原子都有自己的________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。 特征谱线 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 5.玻尔理论。 (1)定态:原子只能处于一系列_______的能量状态中,在这些能量状态中原子是_____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hν=Em-En(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)。 (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_______的,因此电子的可能轨道也是_______的。 不连续 稳定 不连续 不连续 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 6.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。 ①氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2, 3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。 ②氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3, …),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.53×10-10 m。 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级 ( ) (2)氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν=En-Em(n>m)( ) (3) 氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能( ) 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.两类能级跃迁。 (1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。 光子的频率ν==。 (2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。 吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν=ΔE。 2.光谱线条数的确定方法。 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N==。 3.电离。 (1)电离态:n=∞,E=0。 (2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。 例如:氢原子从基态→电离态,吸收能量E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV。 (3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例2】　(2023·湖北卷)2022年10月,我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图,可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　) A.n=2和n=1能级之间的跃迁 B.n=3和n=1能级之间的跃迁 C.n=3和n=2能级之间的跃迁 D.n=4和n=2能级之间的跃迁 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由题图可知n=2和n=1的能级之间的能量差值为ΔE=E2-E1= -3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,与探测器探测到的谱线能量相等,故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁,A项正确。 答案　A 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例3】　(2023·山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν0的 光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射出频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　) A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3 C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ-EⅠ=hν0,且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ-EⅠ=hν1+hν2+hν3,联立解得ν2=ν0-ν1-ν3,D项正确。 答案　D 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点3　原子核的衰变及半衰期 1.原子核的组成:原子核是由_____和_____组成的,原子核的电荷数等于核内的_______。 2.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象,首先由________发现。天然放射现象的发现,说明_______具有复杂的结构。 质子 中子 质子数 贝克勒尔 原子核 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 3.三种射线的比较。 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 ___核 +2e 4 u 最___ 最___ β射线 _____ -e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最___ 最___ 4.原子核的衰变。 (1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 氦 强 弱 电子 弱 强 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)α衰变、β衰变。 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 YHe Ye 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 H+nHe He 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)γ射线:γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。 5.半衰期。 (1)公式:N余=N原,m余=m原。 (2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由_________________决定的,跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物) ______(填“有关”或“无关”)。 核内部自身的因素 无关 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 6.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______(填“相同”或“不同”)。 (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。 相同 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线( ) (2)β衰变中的电子来源于原子核外电子( ) (3)发生β衰变时,新核的电荷数不变( ) 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向1　原子核的衰变 【典例4】　(2023·浙江卷)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为→ +,则(　　) A.衰变方程中的X等于233 B.的穿透能力比γ射线强 C.比的比结合能小 D.月夜的寒冷导致的半衰期变大 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由于核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒,则X应为234,A项错误;α射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱,B项错误;比结合能越大,原子核越稳定,则的比结合能比的比结合能大,C项正确;放射性元素的半衰期与物理状态以及化学状态均无关,所以月夜寒冷的天气中的半衰期不会发生变化,D项错误。 答案　C 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向2　半衰期 【典例5】　(2022·山东卷)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　) A. B. C. D. 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　设刚植入时碘的质量为m0,经过180天后的质量为m,根据m=m0,代入数据解得m=m0=m0=m0,B项正确。 答案　B 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点4　核反应及核反应类型 1.核反应的四种类型。 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 →+ β衰变 自发 →+ 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 人工 转变 人工 控制 +→+ (卢瑟福发现质子) +→+ (查德威克发现中子) +→+ 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子 →+ 重核 裂变 比较容易进行人工控制 +→++3 +→+10 轻核聚变 很难控制 +→+ 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.核反应方程式的书写规范。 (1)熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础。如质子()、中子()、α粒子()、β粒子()、正电子()、氘核()、氚核()等。 (2)掌握核反应遵守的规律,是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。注意:质量数守恒不是质量守恒,核反应过程中伴随着能量的释放,反应前后质量会变化,一般质量会亏损。 【典例6】　(2023·北京卷)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是(　　) A.+→ + +(　　) B. Th+(　　) C. +→ +(　　) D. N+(　　) 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据电荷数和质量数守恒知,核反应方程为+→ Kr+3,A项正确;根据电荷数和质量数守恒知,核反应方程为→ +,B项错误;根据电荷数和质量数守恒知,核反应方程为 +→ +,C项错误;根据电荷数和质量数守恒知,核反应方程为C→ +,D项错误。 答案　A 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间   【典例7】　(多选)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程,表述正确的有(　　) A.HHHen是核聚变反应 B.HHHen是α衰变 C.UnBaKr+n是核裂变反应 D.UnXeSr+n是α衰变 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析HHen是核聚变反应,而不是α衰变,A项正确,B项错误; nBaKr+n是核裂变反应,C项正确;D项中是核裂变反应,D项错误。 答案　AC 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点5　质量亏损及核能的计算 1.核力:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。 2.结合能:原子核是核子凭借______结合在一起构成的,要把它们分开需要的能量,叫作原子的结合能,也叫核能。 3.比结合能:原子核的结合能与______之比,叫作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越___,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。 核力 核子数 大 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 4.核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=_____。原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=______。 (1)核力就是库仑力( ) (2)原子核的结合能越大,原子核越稳定( ) (3)核反应中,出现质量亏损,一定有核能产生( ) Δmc2 Δmc2 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 核能的计算方法。 (1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数。 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例8】　2021年12月20日,16项国家科技重大专项之一——石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电(如图),这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目。核电站铀核裂变的产物是多样的,一种 典型的铀核裂变是生成钡和氪,核反应方程是BaKr +n,已知铀核的质量为m1,钡核的质量为m2,氪核的质量为m3,中子的质量为m4,则该核反应释放的核能是(　　) 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A.(m1-m2-m3-3m4)c2 B.(m1-m2-m3-2m4)c2 C.(m1-m2-m3-3m4)c2 D.(m1-m2-m3-2m4)c2 解析　核反应中质量亏损为Δm=m1-m2-m3-2m4,由质能方程得ΔE= Δmc2=(m1-m2-m3-2m4)c2,D项正确。 答案　D 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例9】　由于太阳自身巨大的重力挤压,使其核心的压力和温度变得极高,形成了可以发生核聚变反应的环境。太阳内发生核聚变反应主要为HHHe,已知氘核的比结合能是1.09 MeV,氦核的比结合能是7.03 MeV。则该反应释放的核能约为(　　) A.5 MeV B.6 MeV C.24 MeV D.32 MeV 解析　由比结合能的定义可知,该反应释放的核能约为ΔE=(7.03×4-1.09×2×2) MeV≈24 MeV,C项正确。 答案　C 第2讲　原子和原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$