第15章 第2讲 原子和原子核 (课件PPT)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

近代物理 第十五章 第2讲　原子和原子核 知识整合·基础落实 点拨学法·素养提升 第2讲 目 录 Contents 知识整合·基础落实 卢瑟福 返回目录 高考总复习·物理 　 少数 很小 质量 返回目录 高考总复习·物理 　 波长 返回目录 高考总复习·物理 　 特征谱线 返回目录 高考总复习·物理 　 不连续 稳定 Em－En 不连续的 不连续的 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 自发 贝克勒尔 天然 人工 示踪原子 返回目录 高考总复习·物理 　 核子 核外电 子数 核子数 质量数 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 半数 内部 返回目录 高考总复习·物理 　 核子间 Δmc2 返回目录 高考总复习·物理 　 中子 链式反应 原子弹 镉棒 返回目录 高考总复习·物理 　 质量较大 热核反应 返回目录 高考总复习·物理 　 × √ √ × 返回目录 高考总复习·物理 　 D 返回目录 高考总复习·物理 　 A 返回目录 高考总复习·物理 　 点拨学法·素养提升 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 C 返回目录 高考总复习·物理 　 D 返回目录 高考总复习·物理 　 C 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 D 返回目录 高考总复习·物理 　 AC 返回目录 高考总复习·物理 　 A 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 B 返回目录 高考总复习·物理 　 C 返回目录 高考总复习·物理 　 C 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 C 返回目录 高考总复习·物理 　 C 返回目录 高考总复习·物理 　 A 返回目录 高考总复习·物理 　 第2讲 返回目录 高考总复习·物理 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2003、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 原子结构 1．原子的核式结构 (1)1909－1911年，英国物理学家__________进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型． (2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有________α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”，如图所示． (3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积________，但几乎占有全部________，电子在正电体的外面运动． 2．氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把物质发出的光按波长展开，获得光的________(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：巴耳末系是氢原子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：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，且灵敏度高，在发现和鉴别化学元素时有着重大的意义． 3．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：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m＜n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝______________(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____________，因此电子可能在的轨道也是____________. 4．氢原子的能级图 天然放射现象和原子核 1．天然放射现象 (1)天然放射现象 放射性元素________地发出射线的现象叫作天然放射现象，首先由____________发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． (2)放射性同位素的应用与防护 ①放射性同位素：有________放射性同位素和________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、做____________等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害． 2．原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________.质子带正电，中子不带电． (2)基本关系 ①电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的_________ ______. ②质量数(A)＝__________＝质子数＋中子数． (3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示__________，Z表示电荷数． 3．原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变 ①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． ②分类 α衰变：X―→Y＋__________ β衰变：X―→Y＋________. 当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射． ③两个典型的衰变方程 α衰变：U―→Th＋He β衰变：Th―→Pa＋e. He e (2)半衰期 ①定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间． ②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核________自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系． ③公式：N余＝N原·，m余＝m原·. 4．核力和核能 (1)核力：原子核内部，__________所特有的相互作用力． (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2. (3)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＝____________. 5．核裂变与核聚变 (1)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： U＋n―→Kr＋Ba＋3n. ③链式反应：重核裂变产生的________使核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：核裂变物质能够发生____________的最小体积及其相应的质量． ⑤裂变的应用：__________、核反应堆． ⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、________、防护层． (2)核聚变 ①定义：两个轻核结合成____________的核的反应过程．核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫____________. ②典型的聚变反应方程： H＋H―→He＋n＋17.6 MeV 1．判断下列说法的正误． (1)氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了．(　　) (2)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．(　　) (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，同时遵循电荷数守恒．(　　) (4)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(　　) 2．在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识．下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(　　) 3．新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL－2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电．下列方程中，正确的核聚变反应方程是(　　) A．H＋H―→He＋n B．U―→Th＋He C．U＋n―→Ba＋Kr＋3n D．He＋Al―→P＋2n 命题点一　玻尔理论和能级跃迁(师生共研) 1．定态间的跃迁——满足能级差 (1)从低能级(m)eq \o(――→,\s\up17(跃迁))高能级(n)→吸收能量． hν＝En－Em. (2)从高能级(n)eq \o(――→,\s\up17(跃迁))低能级(m)―→放出能量． hν＝En－Em. 2．电离 电离态与电离能． 电离态：n＝∞，E＝0. 基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV. 激发态→电离态：E吸＝0－En＝|En|. 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． (2024·江西)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED)，开创了国际上第三条LED技术路线．某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV(约3.52×10－19 J)，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则发光频率约为(　　) A．6.38×1014 Hz B．5.67×1014 Hz C．5.31×1014 Hz D．4.67×1014 Hz “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 为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测．红外测温仪的原理是被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号．下图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n＝2激发态的氢原子提供的能量为(　　) A．10.20 eV B．2.89 eV　 C．2.55 eV D．1.89 eV 命题点二　原子核的衰变及半衰期(师生共研) 1．衰变规律及实质 (1)α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 X―→Y＋He X―→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 2H＋2n―→He n―→H＋e 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 (2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子． 2．确定衰变次数的方法 因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数． 3．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原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 4．衰变中的动量问题：满足动量守恒定律． (2024·山东)2024年是中国航天大年，“神舟十八号”“嫦娥六号”等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池．已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年；Pu衰变为U的半衰期约为87年．现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(　　) A．Sr衰变为Y时产生α粒子 B．Pu衰变为U时产生β粒子 C．50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D．87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 (多选)活体生物由于需要呼吸，其体内的14C含量大致不变，死后停止呼吸，体内的14C含量开始减少．由于碳元素在自然界的各个同位素的比例一直都很稳定，人们可通过测定古木的14C含量，来估计它的大概年龄，这种方法称之为碳定年法.14C衰变为14N的半衰期约为5 730年，某古木样品中14C的比例约为现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是(　　) A．该古木的年龄约为5 730年 B．14C与14N具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．升高古木样品所处环境的温度将加速14C的衰变 一个U原子核静止在磁感应强度为B的匀强磁场中，当原子核发生衰变后，它放出一个α粒子(He)，其速度方向与磁场方向垂直．关于α粒子与衰变后的新核在磁场中做的圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．运动半径之比是45∶1 B．运动周期之比是1∶117 C．动能总是大小相等 D．动量总是大小相等，方向相反 命题点三　核反应及核反应类型(师生共研) 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 U―→Th＋He β衰变 自发 Th―→Pa＋e 人工转变 人工 控制 N＋He―→O＋H(卢瑟福发现质子) He＋Be―→C＋n(查德威克发现中子) Al＋He―→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P―→Si＋e 类型 可控性 核反应方程典例 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n U＋n―→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H―→He＋n 2．核反应方程式的书写 (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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反应方程遵守的规律，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． (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒． (2024·湖北)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一.B＋n―→X＋Y是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　　) A．a＝7，b＝1 B．a＝7，b＝2 C．a＝6，b＝1 D．a＝6，b＝2 在核反应堆中，U吸收一个中子后生成Pu，Pu是重要的核燃料，其衰变方程式为Pu―→U＋He＋γ.下列说法正确的是(　　) A．Pu衰变过程是一个β衰变过程 B．Pu衰变过程质量数守恒，所以没有核能量释放 C．Pu衰变过程中的γ光子是由U原子核能级跃迁产生的 D．U吸收一个中子后生成Pu的核反应过程是一个α衰变过程 下列关于核反应的说法正确的是(　　) A．Th―→Pa＋e是β衰变方程，U―→Th＋He是核裂变方程 B．U＋n―→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程 C．Th衰变为Rh，经过3次α衰变，2次β衰变 D．铝核Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷核P，同时放出一个质子 命题点四　质量亏损及核能的计算(师生共研) 1．利用质能方程计算核能 (1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm. (2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能． ①ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”． ②ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV/u计算，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV的能量，这个结论可在计算中直接应用． 2．利用比结合能计算核能 原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数． 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能． 氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H―→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为(　　) A．40 kg B．100 kg C．400 kg D．1 000 kg 太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4H―→He＋2e＋2ν，已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　　) A．8 MeV B．16 MeV　 C．26 MeV D．52 MeV 用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919 MeV的α粒子(He)，其核反应方程式为H＋Li―→He＋He.已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，α粒子的质量为4.002 603 u，1 u相当于931 MeV.若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为(　　) A．0.5 MeV B．8.4 MeV　 C．8.9 MeV D．17.3 MeV $$