2020届高考物理总复习教科版课件:第12章 原子与原子核 第2课时 原子结构与原子核 .pdf
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1、第第2 2课时 原子结构与原子核课时 原子结构与原子核 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、原子的核式结构一、原子的核式结构 1.1.电子的发现电子的发现: :英国物理学家英国物理学家 发现了电子发现了电子. .汤姆孙汤姆孙 2.2.粒子散射实验粒子散射实验: :1909190919111911年年, ,英籍物理学家英籍物理学家 及盖革进行了用及盖革进行了用 粒子轰击金箔的实验粒子轰击金箔的实验, ,实验发现绝大多数实验发现绝大多数粒子穿过金箔后仍沿粒子穿过金箔后仍沿 的方向的方向 前进或只发生很小的偏
2、转前进或只发生很小的偏转, ,但有些但有些粒子发生了较大的偏转粒子发生了较大的偏转, ,大约大约1/8 0001/8 000的的 粒子偏转角度超过了粒子偏转角度超过了9090, ,个别的甚至接近个别的甚至接近180180, ,就像被弹回来了一样就像被弹回来了一样. . 3.3.原子的核式结构模型原子的核式结构模型: :在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核, ,电子在电子在 核外绕核运动核外绕核运动. . 卢瑟福卢瑟福 原来原来 二、氢原子光谱二、氢原子光谱 1.1.光谱分类光谱分类 (1)(1)线状谱线状谱: :由一条条的由一条条的 组成的光谱组成的光谱
3、. . 亮线亮线 光带光带 (2)(2)连续谱连续谱: :连在一起的连在一起的 的光谱的光谱. . 2.2.氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律 (1)(1)巴尔末公式巴尔末公式 = = (n=3,4,5,),R(n=3,4,5,),RH H是里德伯常量是里德伯常量,R,RH H=1.10=1.1010107 7 m m-1 -1,n ,n 为量子数为量子数. . (2)(2)氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线都满足与巴尔末公式类似的关氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线都满足与巴尔末公式类似的关 系式系式. . 1 22 11 2 R n 三、氢原子的能级结构、能级公式三、氢原子的能级
4、结构、能级公式 1.1.玻尔理论玻尔理论 (1)(1)定态定态: :电子围绕原子核运动的轨道不是任意的电子围绕原子核运动的轨道不是任意的, , 而是一系列而是一系列 的、特的、特 定的轨道定的轨道, ,当电子在这些轨道上运动时当电子在这些轨道上运动时, ,原子是原子是 的的, ,不向外辐射能量不向外辐射能量, ,也也 不吸收能量不吸收能量. . (2)(2)跃迁跃迁: :当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时, ,才发射或吸收一个光才发射或吸收一个光 子子, ,光子的能量光子的能量h=h= . . 分立分立 稳定稳定 E En n-E-Em m 2.2.氢
5、原子的能级、能级公式氢原子的能级、能级公式 (1)(1)氢原子的能级氢原子的能级 能级图如图所示能级图如图所示 (2)(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式氢原子的能级公式:E:En n= = (n=1,2,3,),(n=1,2,3,),其中其中E E1 1为基态能量为基态能量, ,其数值为其数值为 E E1 1= = . . 氢原子的轨道半径公式氢原子的轨道半径公式:r:rn n= = (n=1,2,3,),(n=1,2,3,),其中其中r r1 1为基态半径为基态半径, ,又称又称 玻尔半径玻尔半径, ,其数值为其数值为r r1 1=0.53=0.531010
6、-10 -10 m. m. 1 2 E n -13.6 eV-13.6 eV n n2 2r r1 1 四、原子核的组成、放射性及衰变四、原子核的组成、放射性及衰变 1.1.原子核的组成原子核的组成: :原子核是由原子核是由 和中子组成的和中子组成的, ,原子核的电荷数等于核内的原子核的电荷数等于核内的 . . 2.2.天然放射现象天然放射现象 (1)(1)天然放射现象天然放射现象 放射性元素放射性元素 地发出射线的现象地发出射线的现象, ,首先由贝克勒尔发现首先由贝克勒尔发现. .天然放射现象天然放射现象 的发现的发现, ,说明说明 具有复杂的结构具有复杂的结构. . (2)(2)三种射线三
7、种射线: :放射性元素放射出的射线共有三种放射性元素放射出的射线共有三种, ,分别是分别是 射线、射线、 射线、射线、 射线射线. . (3)(3)放射性的应用与防护放射性的应用与防护 应用应用: :利用射线的特性、作为利用射线的特性、作为 、利用衰变特性、其他应用、利用衰变特性、其他应用. . 防护防护: :距离防护、时间防护、距离防护、时间防护、 防护、仪器监测防护、仪器监测. . 质子数质子数 自发自发 原子核原子核 示踪原子示踪原子 屏蔽屏蔽 质子质子 3.3.原子核的衰变原子核的衰变 (1)(1)衰变衰变: :原子核放出原子核放出 或或 , ,变成另一种原子核的变化变成另一种原子核的
8、变化. . (3)(3)半衰期半衰期: :放射性元素有放射性元素有 发生衰变所需的时间发生衰变所需的时间. .半衰期由原子核内部半衰期由原子核内部 自身的因素决定自身的因素决定, ,跟原子所处的跟原子所处的 或或 无关无关. . 粒子粒子 粒子粒子 半数半数 化学状态化学状态外部条件外部条件 铀铀238238核放出一个核放出一个粒子后粒子后, ,成为一个新核钍成为一个新核钍234234核核, ,钍钍234234核也具有放核也具有放 射性射性, ,它能放出一个它能放出一个粒子而变成镤粒子而变成镤234234核核, ,衰变后情景如图所示衰变后情景如图所示. . (1)(1)写出铀写出铀238238
9、的的衰变方程衰变方程,射线是什么物质射线是什么物质? ? (2)(2)写出钍写出钍234234的的衰变方程衰变方程,射线是什么物质射线是什么物质? ? (3)(3)已知钍已知钍234234的半衰期是的半衰期是2424天天,1 g,1 g钍经过钍经过4848天后还剩多少天后还剩多少? ? 五、核力与结合能五、核力与结合能 1.1.核力核力 (1)(1)含义含义: : 之间的相互作用力之间的相互作用力. . 核子核子 (2)(2)特征特征: :在核的线度内在核的线度内, ,核力比库仑力核力比库仑力 得多得多. . 核力是核力是 , ,当两核子中心相距大于核子本身线度时当两核子中心相距大于核子本身线
10、度时, ,核力几乎完全消失核力几乎完全消失. . 核力与核力与 无关无关, ,质子与质子质子与质子, ,质子与中子质子与中子, ,以及中子与中子之间的核力以及中子与中子之间的核力 是是 的的. . 2.2.结合能结合能 (1)(1)结合能结合能: :由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量. . (2)(2)质能方程质能方程: :一定的能量和一定的质量相联系一定的能量和一定的质量相联系, ,物体的总能量和它的质量成物体的总能量和它的质量成 正比正比, ,即即E=E= . . 核子在结合成原子核时出现质量亏损核子在结合成原子核时出现质量亏损m,
11、m,其能量也要相应减少其能量也要相应减少, ,即即E=E= . . 大大 短程力短程力 电荷电荷 相等相等 mcmc2 2 mcmc2 2 3.3.获得核能的途径获得核能的途径 (1)(1)核裂变核裂变 定义定义: :重核分裂成几个重核分裂成几个 质量原子核的现象质量原子核的现象. . 中等中等 1 0 3 n 1 0n 较重较重 (2)(2)核聚变核聚变 定义定义: :把轻原子核聚合成把轻原子核聚合成 原子核的反应原子核的反应. . 自主检测自主检测 1.1.思考判断思考判断 (1)(1)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤
12、姆孙研究阴极射线发现 电子开始的电子开始的.(.( ) ) (2)(2)核式结构学说是卢瑟福在核式结构学说是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的粒子散射实验的基础上提出的.(.( ) ) (3)(3)玻尔理论成功地解释了原子光谱问题玻尔理论成功地解释了原子光谱问题.(.( ) ) (4)(4)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.(.( ) ) (5)(5)如果某放射性元素的原子核有如果某放射性元素的原子核有100100个个, ,经过一个半衰期后还剩经过一个半衰期后还剩5050个个.(.( ) ) (6)(6)质能方程表明在一定条件
13、下质能方程表明在一定条件下, ,质量可以转化为能量质量可以转化为能量.(.( ) ) 答案答案: :(1)(1) (2)(2) (3)(3) (4)(4) (5)(5) (6)(6) 2.2.(2017(2017汕头一模汕头一模)()(多选多选) )氢原子的能级如图所示氢原子的能级如图所示. .氢原子从氢原子从n=4n=4能级直接向能级直接向 n=1n=1能级跃迁所放出的光子能级跃迁所放出的光子, ,恰能使某金属产生光电效应恰能使某金属产生光电效应, ,下列判断正确的是下列判断正确的是 ( ( ) ) A.A.氢原子辐射出光子后氢原子辐射出光子后, ,氢原子能量变大氢原子能量变大 B.B.该金
14、属的逸出功该金属的逸出功W=12.75 eVW=12.75 eV C.C.用一群处于用一群处于n=3n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属, ,该该 金属仍有光电子逸出金属仍有光电子逸出 D.D.氢原子处于氢原子处于n=1n=1能级时能级时, ,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 BDBD 解析解析: :氢原子发生跃迁氢原子发生跃迁, ,辐射出光子后辐射出光子后, ,氢原子能量变小氢原子能量变小, ,故故A A错误错误. .氢原子氢原子 由由n=4n=4跃迁到跃迁到n=1,n=1,辐射的光子能量辐
15、射的光子能量E=13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV,E=13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV,则该则该 金属逸出功金属逸出功W=12.75 eV,W=12.75 eV,故故B B正确正确; ;一群处于一群处于n=3n=3能级的氢原子向低能级跃能级的氢原子向低能级跃 迁时迁时, ,辐射的能量小于从辐射的能量小于从n=4n=4能级直接向能级直接向n=1n=1能级跃迁所放出的光子能量能级跃迁所放出的光子能量, , 则不会发生光电效应则不会发生光电效应, ,故故C C错误错误; ;根据玻尔原子模型可知根据玻尔原子模型可知, ,处于处于n=1n=1能级时能级时, , 其核外电子
16、在最靠近原子核的轨道上运动其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动, ,故故D D正确正确. . AD AD 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 氢原子能级及原子跃迁考点一 氢原子能级及原子跃迁 1.1.能级图中相关因素的说明能级图中相关因素的说明 离越小离越小 2.2.两类能级跃迁两类能级跃迁 (2)(2)受激跃迁受激跃迁: :由低能级跃迁到高能级由低能级跃迁到高能级, ,吸收能量吸收能量. . 光照光照( (吸收光子吸收光子):):光子的能量必须恰等于能级差光子的能量必须恰等于能级差h=E.h=E. 碰撞、加热等碰撞、加热等: :只要入射粒子能量大于或等于能级差即可只要
17、入射粒子能量大于或等于能级差即可,E,E外 外 E.E. 大于电离能的光子被吸收大于电离能的光子被吸收, ,将原子电离将原子电离. . 3.3.谱线条数的确定方法谱线条数的确定方法 (1)(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1).(n-1). 利用能级图求解利用能级图求解: :在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画 出出, ,然后相加然后相加. . 【典例典例1 1】 (2017(2017广元二模广元二模) )如图所示为氢原子的能级示意图如图所示为氢原子的能级示意图, ,一群氢原子
18、处一群氢原子处 于于n=3n=3的激发态的激发态, ,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子, ,用这些光照射逸用这些光照射逸 出功为出功为2.49 eV2.49 eV的金属钠的金属钠, ,说法正确的是说法正确的是( ( ) ) A.A.这群氢原子能发出三种频率不同的光这群氢原子能发出三种频率不同的光, ,其中从其中从n=3n=3跃迁到跃迁到n=2n=2所发出的光波所发出的光波 长最短长最短 B.B.这群氢原子能发出两种频率不同的光这群氢原子能发出两种频率不同的光, ,其中从其中从n=3n=3跃迁到跃迁到n=1n=1所发出的光频所发出的光频 率最小率最小 C.
19、C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV9.60 eV D.D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV11.11 eV C C 核心点拨核心点拨(1)(1)处于高激发态的氢原子向低能级跃迁时处于高激发态的氢原子向低能级跃迁时, ,能级差越大辐能级差越大辐 射的光子的能量越大射的光子的能量越大, ,波长越短波长越短. . (2)(2)大量的处于高能级的氢原子向低能级跃迁时大量的处于高能级的氢原子向低能级跃迁时, ,辐射光子的种类数满足辐射光子的种类数满足 . . 1 2 n n 解析解析:
20、 :一群氢原子处于一群氢原子处于n=3n=3的激发态的激发态, ,向低能级跃迁时可能放出向低能级跃迁时可能放出3 3种不同频种不同频 率的光子率的光子, ,从从n=3n=3跃迁到跃迁到n=1n=1辐射的光子频率最大辐射的光子频率最大, ,波长最短波长最短, ,故故A,BA,B错误错误;n ;n =3=3跃迁到跃迁到n=1n=1辐射的光子能量最大辐射的光子能量最大, ,为为12.09 eV,12.09 eV,则光电子的最大初动能则光电子的最大初动能 E Ek k=h-W=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV.=h-W=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV.故故C C正确正
21、确,D,D错误错误. . 题后反思题后反思 氢原子跃迁问题的两点注意氢原子跃迁问题的两点注意 (1)(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的. . (2)(2)能级之间发生跃迁时放出能级之间发生跃迁时放出( (吸收吸收) )光子的频率由光子的频率由h=Eh=En n-E-Em m求得求得. .若求若求 波长可由公式波长可由公式c=c=求得求得. . 多维训练多维训练 1.1. 玻尔原子理论玻尔原子理论 (2018(2018长沙模拟长沙模拟)()(多选多选) )以下关于玻尔原子理论的说法正确以下关于玻尔原子理论的说法正确 的是的是( ( ) ) A.A.
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