1、第三节 原子与原子核第十三章 动量守恒定律 近代物理一、原子的核式结构 1粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但_粒子发生了大角度偏转，_粒子的偏转超过了90，有的甚至被撞了回来，如图所示少数极少数2原子的核式结构：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，带负电的电子在核外空间绕核旋转 正电荷质量 1.下列说法正确的是()A汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型B卢瑟福做 粒子散射实验时发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数 粒子发生大角度偏转C 粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝
2、大部分质量集中在一个很小的核上D卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了 粒子发生大角度偏转的原因E 粒子偏转的原因主要是核外电子对 粒子的作用的结果BCD二、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_或_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h_.(h是普朗克常量，h6.6261034 Js)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不连续的，因此电子的可能轨道也是_的不连续稳定辐射吸收EmEn不连续4氢原子的能级、能级公式
3、(1)氢原子的能级图(如图所示)(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：En 1n2E1(n1,2,3，)，其中 E1 为基态能量，其数值为 E113.6 eV.氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中 r1 为基态半径，又称玻尔半径，其数值为 r10.531010 m.2.根据玻尔理论，下列说法正确的是()A电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量C原子内电子的可能轨道是不连续的D原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差E玻尔理论认为原子核是由质子和中子组成的BCD三、天然放射现象、原子核的组成 1天
4、然放射现象(1)天然放射现象 元素_地放出射线的现象，首先由_发现天然放射现象的发现，说明_具有复杂的结构(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫_具有放射性的元素叫_元素(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_射线、_射线、_射线自发贝克勒尔原子核放射性放射性2原子核(1)原子核的组成 原子核由_和_组成，质子和中子统称为_ 原子核的核电荷数_数，原子核的质量数_(2)同位素：具有相同_、不同_的 原子，在元素周期表中的_相同，同位素具有相同的_性质质子中子核子质子质子数中子数质子数中子数位置化学 3.(2014高考福建卷)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出
5、、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A表示 射线，表示 射线B表示 射线，表示 射线C表示 射线，表示 射线D表示 射线，表示 射线C四、原子核的衰变和半衰期1原子核的衰变(1)原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变(2)分类:衰变：AZXA4Z2Y42He 衰变：AZX AZ1Y 01e2半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.(2)衰变规律：N_、m_(3)影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关N0 12t/m0 12t/4.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()A是原子核质量减少一半所需
6、的时间B是原子核有半数发生衰变所需的时间C把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的半衰期D可以用来测定地质年代、生物年代等E同种元素的不同放射性同位素，半衰期不同BDE五、核力、结合能、质量亏损、核反应 1核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力(2)特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用2核能(1)结合能 核子结合为原子核时_的能量或原子核分解为核子时_的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能(2)比结合能 定义：原子核的结合能与核子数之比，称做 比结合能，也叫平均结合能 特点：不同原子核的比
7、结合能不同，原子核 的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定放出吸收3质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E_，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能E_.4获得核能的途径(1)重核裂变；(2)轻核聚变 5核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变mc2mc2 5.根据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置，又称“人造太阳”，已完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A“人造太阳”的核反应方程是21H31H42He10nB“人造太
8、阳”的核反应方程是23592U10n14156Ba9236Kr310nC“人造太阳”释放的能量大小计算公式是 E mc2D“人造太阳”核能大小计算公式是 E12 mc2E所有放能核反应，反应前原子核比结合能一定小于反应后原子核的比结合能ACE考点一 氢原子能级及能级跃迁1原子跃迁的条件(1)原子跃迁条件 hEmEn 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况(2)当光子能量大于或等于 13.6 eV 时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于 13.6 eV 时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)
9、的能量而被激发由于实物粒子的动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两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁2跃迁中两个易混问题(1)一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了(2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或
10、吸收)的所有光子的能量和能级图的理解和应用(2014高考山东卷)氢原子能级如图，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是()A氢原子从 n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nmCDB用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到n2 的能级C一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3 种谱线D用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级解析根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从 n2 能级跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长一定小于 656 nm，因此 A 选项错
11、误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知 B 选项错误，D 选项正确；一群处于 n3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以 C 选项正确能级跃迁与光电效应(2014高考浙江卷)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示当氢原子从 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时，辐射出频率为_Hz 的光子用该频率的光照射逸出功为 2.25 eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为_eV.(电子电量 e1.601019 C，普朗克常量 h6.631034 Js)6.1510140.30解析氢原子从 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时，释放出光子的能量为 E0
12、.85 eV(3.40 eV)2.55 eV，由 hE 解得光子的频率 6.151014 Hz.用此光照射逸出功为 2.25 eV 的钾时，由光电效应方程知，产生光电子的最大初动能为 EkhW(2.552.25)eV0.30 eV.1能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的 2能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hEmEn 求得若求波长可由公式 c 求得 3一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1).4一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：(1)用数学中的组合知识求解：NC2nn（n1）2.(2)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出，然后相
13、加考点二 氢原子的能量1原子能量：EnEknEpnE1n2，随 n(r)增大而增大，其中E113.6 eV.3电势能：通过库仑力做功判断电势能的增减当 n 减小，即轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，n增大，即轨道半径增大时，电势能增加2电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即 ke2r2nmv2rn，所以 Ekn12ke2rn，随 n(r)增大而减小氢原子能量分析(2016三明模拟)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为 rb的圆轨道上，已知 rarb，则在此过程中()A原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，
14、原子的能量也减小B原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小AC原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大解析由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从 ra 跃迁到 rb 时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即ke2r2 mv2r，r 减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知 A 正确氢原子的能量计算 氢原子在基态时轨道半径 r10.531010
15、m，能量E113.6 eV，求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？解析(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为 v1，则：ke2r21mv21r1.所以电子动能 Ek112mv21ke22r1 9109（1.61019）220.5310101.61019 eV13.6 eV.(2)因为 E1Ek1Ep1，所以 Ep1E1Ek113.6 eV13.6 eV27.2 eV.(3)设用波长为 的光照射可使氢原子电离：hc 0E1.所以 hcE16.631034310813.61.61019m9.14108 m.答案(1)13.6 eV(2)27
16、.2 eV(3)9.14108 m与能级有关的能量问题的解题步骤1分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向心力列圆周运动动力学方程 2根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能之和列方程，求电势能 3原子发生能级跃迁时的能量变化与吸收或放出光子(或实物粒子)的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量.考点三 原子核的衰变 半衰期1衰变规律及实质(1)两种衰变的比较 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 衰变实质 衰变规律 AZX AZ1Y 01eAZXA4Z2Y42He2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 211H210n42He10n11H 01e质量数守恒
17、、电荷数守恒(2)射线：射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的其实质是放射性原子核在发生 衰变或 衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子2确定衰变次数的方法：因为 衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定 衰变的次数，然后再根据衰变规律确定 衰变的次数3半衰期(1)公式：N 余N 原12t/，m 余m 原12t/.(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)无关对衰变现象和射线的认识(2014高考全国卷)关于天然放射性，下列说法正确的是()A所有元素都可能发生衰变B放射性元素
18、的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和 三种射线中，射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和 三种射线BCD解析自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项 A 错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项 B、C 正确；、和 三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项 D 正确；原子核发生衰变时，不能同时发生 和 衰变，射线伴随这两种衰变产生，故选项 E 错误半衰期的理解及应用(2015高考山东卷)14C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约 5 700 年已知植物存活期间，其体内 14C 与 12C 的比例不变；生命
19、活动结束后，14C 的比例持续减小现通过测量得知，某古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是()A该古木的年代距今约 5 700 年B12C、13C、14C 具有相同的中子数C14C 衰变为 14N 的过程中放出 射线D增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变AC解析古木样品中 14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约 5 700 年，选项 A 正确同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B 错误.14C 的衰变方程为146C147N01e，所以此衰变过程放出 射线，选项 C 正确放射性元素的半衰期与核内部自身因素
20、有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项 D错误考点四 核反应类型与核反应方程1核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变2核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接3核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程4核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化5核反应遵循电荷数守恒(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有_A.23892U23490Th42He 是重核裂变B.147N42He178O11H 是轻核聚变C.21H31H42He10n 是 衰变D
21、.8234Se8236Kr201e 是 衰变(2)现有四个核反应：A.21H31H42He10nB.23592U10nX8936Kr310nC.2411Na2412Mg01eD.42He94Be126C10nD_是发现中子的核反应方程，_是研究原子弹的基本核反应方程，_是研究氢弹的基本核反应方程B 中 X 的质量数为_，中子数为_解析(1)A 为 衰变，B 为原子核的人工转变，C 为轻核聚变，D 为 衰变，故 D 正确(2)D 为查德威克发现中子的核反应方程；B 是研究原子弹的基本核反应方程；A 是研究氢弹的基本核反应方程X 的质量数为：(2351)(893)144X 的质子数为：923656
22、X 的中子数为：1445688.DBA14488(2015高考广东卷)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：XY42He31H4.9 MeV 和21H31H42HeX17.6 MeV，下列表述正确的有()AX 是中子BY 的质子数是 3，中子数是 6C两个核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应AD解析:核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由21H31H42HeX17.6 MeV 知 X 为10n，由 XY42He31H4.9 MeV 知 Y 为63Li，其中 Y 的质子数是 3，中子数也是 3，选项 A 正确，选项 B 错误两个核反应都释放出核
23、能，故都有质量亏损，选项 C 错误XY42He31H4.9 MeV 是原子核的人工转变，21H31H42He10n17.6 MeV 为轻核聚变，选项 D 正确考点五 有关核能的计算1应用质能方程解题的流程图书写核反应方程 计算质量亏损 m 利用 E mc2计算释放的核能(1)根据 E mc2 计算，计算时 m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”(2)根据 E m931.5 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 m 的单位是“u”，E 的单位是“MeV”2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 利用质
24、能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算对结合能的理解 关于原子核的结合能，下列说法正确的是()A原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B一重原子核衰变成 粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C铯原子核(13355Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能D比结合能越大，原子核越不稳定ABC解析原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项 A 正确重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项 B 正确铯核的核子数比铅核的核子数少
25、，其结合能也小，选项 C 正确比结合能越大，原子核越稳定，选项 D 错误核能的计算(2015高考江苏卷)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U 是核电站常用的核燃料.23592U 受一个中子轰击后裂变成14456Ba 和8936Kr 两部分，并产生_个中子要使链式反应发生，裂变物质的体积要_(选填“大于”或“小于”)它的临界体积(2)取质子的质量 mp1.672 61027 kg，中子的质量 mn1.674 91027 kg，粒子的质量 m 6.646 71027 kg，光速 c3.0108 m/s.请计算 粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字)3大于4.3101
26、2 J解析(1)核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：23592U10n14456Ba8936Kr310n，即产生 3 个中子临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积(2)组成 粒子的核子与 粒子的质量差为 m(2mp2mn)m结合能 E mc2代入数据得 E4.31012 J.微专题37 方法技巧守恒思想在核反应中的应用(9 分)一个静止的氡核22286Rn 放出一个 粒子后衰变为钋核21884Po，同时放出能量为 E0.09 MeV 的光子假设放出的核能完全转变为钋核与 粒子的动能，不计光子的动量已知 M 氡222.086 63
27、 u、m 4.002 6 u、M 钋218.076 6 u，1 u 相当于 931.5 MeV 的能量(1)写出上述核反应方程；(2)求出发生上述核反应放出的能量；(3)确定钋核与 粒子的动能审题突破(1)质量亏损放出的能量等于新核动能、粒子动能与光子能量之和(2)不计光子的动量，新核与 粒子总动量等于衰变前氡核的动量(1)22286Rn21884Po42He.(2 分)(2)质量亏损 m222.086 63 u4.002 6 u218.076 6 u0.007 43 u(1 分)E mc20.007 43931.5 MeV6.92 MeV.(1 分)(3)设 粒子、钋核的动能分别为 Ek、E
28、k 钋，动量分别为 p、p 钋，由能量守恒定律得：EEk Ek 钋E(1 分)不计光子的动量，由动量守恒定律得：0p p 钋(1 分)又 Ek p22m，故 EkEk 钋2184(2 分)联立解得 Ek 钋0.12 MeV，Ek 6.71 MeV.(1 分)答案(1)22286Rn21884Po42He (2)6.92 MeV(3)0.12 MeV 6.71 MeV(1)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示(2)只有利用 E mc2 时，才考虑质量亏损，在动量和能量守恒方程中，不考虑质量亏损(3)注意比例运算求解 速度为 v0 的中子10n 击中静止的氮核147N，生成碳核126C 和另一种新原子核，已知126C 与新核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后126C 核与新核的动量之比为21.(1)写出核反应方程；(2)求126C 与新核的速度各是多大答案:(1)147N10n126C31H(2)v018 v09解析:(2)设10n、126C、新核质量分别为 m0、m1 和 m2，碰后126C、新核速度分别为 v1、v2.由动量守恒得 m0v0m1v1m2v2又 m1v12m2v2联立求得：v1v018，v2v09.本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
