2018版高考物理教科版四川用大一輪復習講義選修3-4第十二章機械振動機械波光電磁波相對論簡介第2講

1、第2講　原子結構和原子核,第十二章 波粒二象性 原子結構與原子核,,內容索引,,基礎知識梳理,命題點一　原子的核式結構,命題點二　玻爾理論和能級躍遷,命題點三 原子核及核反應,課時作業(yè),,基礎知識梳理,,,,1,一、原子結構　光譜和能級躍遷1.電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了 ，提出了原子的“棗糕模型”.2.原子的核式結構(1)1909～1911年，英籍物理學家

2、進行了α粒子散射實驗，提出了核式結構模型.,盧瑟福,電子,(2)α粒子散射實驗的結果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有 α粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”，如圖所示.(3)原子的核式結構模型：原子中帶正電部分的體積 ，但幾乎占有全部 ，電子在正電體的外面運動.,少數(shù),很小,質量,3.氫原子光譜(1

3、)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的_______(頻率)和強度分布的記錄，即光譜.(2)光譜分類,波長,連續(xù),吸收,特征,(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在 區(qū)的譜線，其波長公式 (n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1).(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的 可以用來鑒別物

4、質和確定物質的組成成分，且靈敏度很高.在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義.,特征譜線,4.氫原子的能級結構、能級公式(1)玻爾理論①定態(tài)：原子只能處于一系列 的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是 的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量.②躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝

5、 .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)③軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應.原子的定態(tài)是 ，因此電子的可能軌道也是 .,不連續(xù),穩(wěn)定,Em－En,不連續(xù)的,不連續(xù)的,(2)能級和半徑公式：①能級公式：En＝ (n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為

6、E1＝ eV.②半徑公式：rn＝ (n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10 m.5.氫原子的能級圖 能級圖如圖所示,－13.6,n2r1,二、原子核　核反應和核能1.原子核的組成(1)原子核由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為 .質子帶正電，中子不帶電.(2)基本關系①核電荷數(shù)＝質子數(shù)(Z)＝元素

7、的原子序數(shù)＝ .②質量數(shù)(A)＝ ＝質子數(shù)＋中子數(shù).(3)X元素的原子核的符號為 ，其中A表示 ，Z表示核電荷數(shù).,核子,核外電子數(shù),核子數(shù),質量數(shù),2.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象元素 地放出射線的現(xiàn)象，首先由 發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有

8、 的結構.(2)放射性同位素的應用與防護①放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質相同.②應用：消除靜電、工業(yè)探傷、做 等.③防護：防止放射性對人體組織的傷害.,自發(fā),貝可勒爾,復雜,天然,人工,示蹤原子,3.原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種

9、 的變化稱為原子核的衰變.②分類α衰變： ____β衰變： ____當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射.,原子核,③兩個典型的衰變方程α衰變：β衰變： .(2)半衰期①定義：放射性元素的原子核有

10、 發(fā)生衰變所需的時間.②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核 自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系.(3)公式：N余＝N原· ，m余＝m原· .,,,半數(shù),內部,4.核力和核能(1)原子核內部， 所特有的相互作用力.(2)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損Δm，其對應的能量ΔE＝ .(

11、3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝ .,,,核子間,Δmc2,Δmc2,1.判斷下列說法是否正確.(1)原子光譜是不連續(xù)的，是由若干頻率的光組成的.(　　)(2)電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率.(　　)(3)氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷.(　　)(4)原子的能量量子化現(xiàn)象是指原子在不同狀態(tài)中具有不同的能量.(　　),×

12、,√,×,√,2.在盧瑟福α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉，其原因是A.原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上B.正電荷在原子內是均勻分布的C.原子中存在著帶負電的電子D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,答案,解析,√,盧瑟福α粒子散射實驗中使盧瑟福驚奇的就是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉，這是由于α粒子帶正電，而原子核極小，且原子核帶正電，A正確，B錯誤.α粒子能接近原子核的機會很小，

13、大多數(shù)α粒子都從核外的空間穿過，而與電子碰撞時如同子彈碰到塵埃一樣，運動方向不會發(fā)生改變.C、D的說法沒錯，但與題意不符.,3.(粵教版選修3－5P65第2題)氫原子由n＝1的狀態(tài)激發(fā)到n＝4的狀態(tài)，在它回到n＝1的狀態(tài)的過程中，有以下說法：①可能激發(fā)的能量不同的光子只有3種②可能發(fā)出6種不同頻率的光子③可能發(fā)出的光子的最大能量為12.75 eV④可能發(fā)出光子的最小能量為0.85 eV其中正確的說法是A.①③ B.②④

14、 C.①④ D.②③,答案,√,4.(粵教版選修3－5P97第2題)用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率？A.把該元素放在低溫陰涼處B.把該元素密封在很厚的鉛盒子里C.把該元素同其他的穩(wěn)定元素結合成化合物D.上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率,答案,√,5.(粵教版選修3－5P97第3題改編)(多選)關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的是,答案,√,√,6.(2015·福建·30(1)

15、)下列有關原子結構和原子核的認識，其中正確的是A.γ射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D. 的半衰期是5天，100克 經過10天后還剩下50克,答案,解析,√,β射線是高速電子流，而γ射線是一種電磁波，選項A錯誤.氫原子輻射光子后，繞核運動的電子距核更近，動能增大，選項B正確.太陽輻射能量的主要來源是太陽內部氫核

16、的聚變，選項C錯誤.10天為兩個半衰期，剩余的 為100× g＝100× g＝25 g，選項D錯誤.,,,,,2,命題點一 原子的核式結構,(多選)如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是A.放在A位置時，相同時間內觀察到屏 上的閃光次數(shù)最多B.放在B位置時，相同

17、時間內觀察到屏 上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C.放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D.放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少,【例1】,答案,√,√,√,1.(多選)下列說法正確的是A.湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子，并測定了電子電荷量，且提出了“棗糕模型”B.盧瑟福做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿 原來的方向前進，只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉C.α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕

18、大部分質量集中在一個很小的 核上D.盧瑟福提出了原子核式結構模型，并解釋了α粒子發(fā)生大角度偏轉的原因,答案,解析,√,√,√,密立根,題眼,2.(多選)在物理學的發(fā)展過程中，許多物理學家的科學發(fā)現(xiàn)推動了人類歷史的進步.下列表述符合物理學史實的是A.普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，第一次提出了能量量子化理論B.愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律，提出了光子說C.盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，提出了原子的核式結構模型

19、D.貝可勒爾通過對天然放射性的研究，發(fā)現(xiàn)原子核是由質子和中子組成的,答案,解析,√,√,√,原子核具有復雜結構,題眼,3.(多選)(2016·天津理綜·6)物理學家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學認知，推動物理學的發(fā)展，下列說法符合事實的是A.赫茲通過一系列實驗，證實了麥克斯韋關于光的電磁理論B.查德威克用α粒子轟擊 獲得反沖核 ，發(fā)現(xiàn)了中子C.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說

20、明原子核有復雜結構D.盧瑟福通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結構模型,答案,解析,√,√,麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲通過實驗證實了麥克斯韋的電磁理論，選項A正確；盧瑟福用α粒子轟擊 ，獲得反沖核 ，發(fā)現(xiàn)了質子，選項B錯誤；貝可勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核具有復雜結構，選項C正確；盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，提出了原子的核式結構模型，選項D錯誤.,4.(2015·重慶理綜

21、3;1)圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應強度方向垂直于紙面向里.以下判斷可能正確的是A.a、b為β粒子的徑跡B.a、b為γ粒子的徑跡C.c、d為α粒子的徑跡D.c、d為β粒子的徑跡,答案,解析,γ粒子是不帶電的光子，在磁場中不偏轉，選項B錯誤；α粒子為氦核帶正電，由左手定則知向上偏轉，選項A、C錯誤；β粒子是帶負電的電子，應向下偏轉，選項D正確.,√,,,,,3,命題點二

22、 玻爾理論和能級躍遷,(多選)有關氫原子光譜的說法正確的是A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關,【例2】,答案,√,√,5. (多選)如圖是氫原子的能級圖，一群氫原子處于n＝3能級，下列說法中正確的是A.這群氫原子躍遷時能夠發(fā)出3種不同頻率的波B.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2 eVC.從n＝3

23、能級躍遷到n＝2能級時發(fā)出的光波長最長D.這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能 級躍遷,答案,分析,√,√,能級差最小,光波長最長,,6.一群處于n＝4能級的激發(fā)態(tài)的氧原子，向低能級躍遷時，最多發(fā)射出的譜線為A.3種 B.4種C.5種 D.6種,答案,解析,√,一群處于n＝4能級的激發(fā)態(tài)的氧原子，向低能級躍遷時，最多發(fā)射出的譜線為 ＝6種，選D.,7.一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們向較

24、低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程中A.可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線B.可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條亮線C.只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線D.只發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條亮線,答案,分析,√,題眼,8.(多選)如圖所示為氫原子的能級圖.氫原子從n＝5的能級躍遷到n＝3的能級時輻射出a光子，從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射出b光子.下列說法正確的是A.a光子的能量比b

25、光子的能量大B.若a、b兩種光在同一種均勻介質中傳播， 則a光的傳播速度比b光的傳播速度大C.若b光能使某種金屬發(fā)生光電效應， 則a光一定能使該金屬發(fā)生光電效應D.若用同一雙縫干涉裝置進行實驗，用a光照射雙縫得到相鄰亮條紋的 間距比用b光照射雙縫得到的相鄰亮條紋的間距大,答案,分析,√,√,能級差大,,,,,4,命題點三 原子核及核反應,(2016·全國Ⅱ·35(1))在下列描

26、述核過程的方程中，屬于α衰變的是___，屬于β衰變的是____，屬于裂變的是___，屬于聚變的是___.(填正確答案標號),【例3】,答案,F,AB,E,C,9.(多選)(2016·全國Ⅲ·35(1)改編)一靜止的鋁原子核 俘獲一速度為1.0×107 m/s的質子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核 .下列說法正確的是A.核反應方程為p＋B.核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C.核反應過程中系統(tǒng)能量

27、不守恒D.核反應前后核子數(shù)相等，所以生成物的質量等于反應物的質量之和,答案,分析,√,√,伴隨著質量虧損,題眼,√,√,答案,解析,,A=234-234=0Z=90-91=-1m余＝ m原，可判斷m余＝2 g,11.(多選)下列說法正確的是A.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子的核式結構B.一群處于n＝3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時能發(fā)出最多3種不同 頻率的光C.放射性元素發(fā)生一次β衰變，原子序數(shù)增加

28、1D. 的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短,答案,√,√,12.目前，在居室裝修中經常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素.比如，有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放射出α、β、γ射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病.根據(jù)有關放射性知識可知，下列說法正確的是A.氡的半衰期為3.8天，若取4個氡原子核，經7.6天后

29、就剩下一個原子核了B.β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的C.γ射線一般伴隨著α或β射線產生，在這三種射線中，α射線的穿透能力 最強，電離能力最弱D.發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4,答案,√,,課時作業(yè),,,,5,1.用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2和ν3的三條譜線，且ν3＞ν2＞ν1，則A.ν0＜ν1 B.ν3

30、＝ν2＋ν1C.ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.,答案,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,2.處于激發(fā)狀態(tài)的原子，在入射光的電磁場的影響下，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射.原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子頻率、發(fā)射方向等都跟入射光子完全一樣，這樣使光得到加強，這就是激光產生的機理.那么，發(fā)生受激輻射時，產生激光的原子的總能量E、電勢能Ep、電子動能Ek的變化情況是A.E

31、p增大、Ek減小，E減小B.Ep減小、Ek增大，E減小C.Ep增大、Ek增大，E增大D.Ep減小、Ek增大，E不變,答案,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,3.(多選)以下有關近代物理內容的若干敘述，正確的是A.紫外線照射到金屬鋅板表面時能發(fā)生光電效應，則當增大紫外線的照 射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B.玻爾認為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的C.光子不僅具有能量，也具

32、有動量D.根據(jù)玻爾能級理論，氫原子輻射出一個光子后，將由高能級向較低能 級躍遷，核外電子的動能增加,答案,√,√,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,4.在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是,答案,解析,√,金箔中的原子核與α粒子都帶正電，α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯；由原子核對α粒子的斥力作用及物體做曲

33、線運動的條件知曲線軌跡的凹側應指向受力一方，B錯，C對.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,5.下列說法正確的是A. 是一種核裂變反應B.核反應堆產生的能量一定來自輕核聚變C.太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反應D.盧瑟福為解釋α粒子散射實驗現(xiàn)象提出了原子核式結構學說,答案,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,6.關于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是A.若使放射性物質的溫

34、度升高，其半衰期將變大B.β衰變所釋放的電子是原子核內的質子轉變?yōu)橹凶訒r產生的C.在α、β、γ這三種射線中，α射線的穿透能力最強，γ射線的電離能力最強D.鈾核( )衰變?yōu)殂U核( )的過程中，要經過8次α衰變和6次β衰變,答案,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,7.(多選)下列說法正確的是A.天然放射性現(xiàn)象說明原子核內部具有復雜的結構B.α粒子散射實驗說明原子核內部具有復雜的結構C.原子核發(fā)生

35、β衰變生成的新核原子序數(shù)增加D.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到 基態(tài)輻射出的光子的波長,答案,解析,√,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,天然放射現(xiàn)象說明原子核內部具有復雜的結構，A正確.α粒子散射實驗說明原子具有核式結構，B錯誤.根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知，β衰變放出了一個電子，新核的電荷數(shù)增加1，即原子序數(shù)增加，C正確.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍

36、遷到基態(tài)輻射出的光子的能量，故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長，D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,8.(多選)(2014·新課標全國Ⅰ·35(1)改編)關于天然放射性，下列說法正確的是A.所有元素都可能發(fā)生衰變B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D.α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強,答案,解析

37、,√,√,√,1,2,3,4,5,6,7,8,9,自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象，選項A錯誤；放射性元素的半衰期只與原子核結構有關，與其他因素無關，選項B、C正確；α、β和γ三種射線電離能力依次減弱，穿透能力依次增強，選項D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,9.(1)1930年英國物理學家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子加速器，他們獲得了高速運動的質子，用來轟擊靜止的鋰7(

38、 )原子核，形成一個不穩(wěn)定的復合核后分解成兩個相同的原子核.,答案,解析,根據(jù)質量數(shù)與電荷數(shù)守恒，則有,(2)已知質子的質量為m，初速度為v0，反應后產生的一個原子核速度大小為 ，方向與質子運動方向相反，求反應后產生的另一個原子核的速度以及反應過程中釋放的核能(設反應過程釋放的核能全部轉變?yōu)閯幽?.,答案,解析,由動量守恒定律得 解得v＝v0釋放的核能為,1,2,3,4,5,