1、进入导航 第1页第十二章 近代物理初步进入导航 第2页第2讲 原子结构 原子核进入导航 第3页进入导航 第4页考点 1 玻尔理论 能级跃迁1对氢原子的能级图的理解(如图所示)进入导航 第5页(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态(2)横线左端的数字“1,2,3”表示量子数，右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能级(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小进入导航 第6页2两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子光子的频率 Eh E高E低h.(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰
2、等于能级差 hE.碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外E.大于电离能的光子被吸收，将原子电离进入导航 第7页(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于 n4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出 6 种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向 n2 能级跃迁时释放的光子，则()BC进入导航 第8页A6 种光子中波长最长的是 n4 激发态跃迁到基态时产生的B6 种光子中有 2 种属于巴耳末系C使 n4 能级的氢原子电离至少要 0.85 eV 的能量D若从 n2 能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从 n3 能级跃迁到
3、 n2 能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应审题指导 激发态的氢原子向低能级跃迁时，能级差越大，发射光子的频率越大；而巴耳末系是高能级向 n2 能级跃迁时发射的光子，可看出有 2 种进入导航 第9页【解析】根据跃迁假说，在跃迁的过程中释放光子的能量等于两能级之差，故从 n4跃迁到 n3 时释放光子的能量最小，频率最小，波长最长，所以 A 错误；由题意知 6 种光子中有 2种属于巴耳末系，它们分别是从 n4 跃迁到 n2 和从 n3 跃迁到 n2 时释放的光子，故 B 正确；E40.85 eV，故 n4能级的电离能等于 0.85 eV，所以 C 正确；由题图知，从 n3能级跃迁到 n2能
4、级释放的光子的能量小于 n2 能级跃迁到基态释放的光子的能量，所以 D 错误进入导航 第10页1(2019湖南师大附中摸底)如图所示为氢原子的能级图，则下列说法正确的是()A进入导航 第11页A若已知可见光的光子能量范围为 1.61 eV3.10 eV，则处于 n4 能级状态的氢原子，向低能级跃迁时辐射的光谱线在可见光范围内有 2 条B当氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，氢原子的电势能增加，电子的动能增加C处于 n3 能级状态的氢原子，向低能级跃迁时辐射出波长分别为 1、2、3(123)的三条谱线，则 123D若处于 n2 能级状态的氢原子向低能级跃迁时辐射出的光能使某金属板发生光电效应
5、，则从 n5 能级跃迁到 n2能级时辐射出的光也一定能使此金属板发生光电效应进入导航 第12页解析：根据 hE 初E 末计算可知，处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时辐射的光谱线在可见光范围内有 2 条，A 正确氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，轨道半径减小，原子能量减小，向外辐射光子，根据 ke2r2mv2r 知轨道半径越小，动能越大，故电子的动能增大，电势能减小，B 错误根据 hc3h c2hc1得 3 2121，C 错误因为从 n5 能级跃迁到 n2能级时发射出的光的频率小于处于 n2 能级状态的氢原子向低能级跃迁时发射出的光的频率，故不一定发生光电效应，D 错误进入导航 第13
6、页2(2019天津静海调研)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于 n3 的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为 2.49 eV 的金属钠下列说法正确的是()D进入导航 第14页A这群氢原子能发出 3 种不同频率的光，其中从 n3 能级跃迁到 n2 能级所发出的光波长最短B这群氢原子能发出 6 种不同频率的光，其中从 n3 能级跃迁到 n1 能级所发出的光频率最小C这群氢原子发出不同频率的光，只有一种频率的光可使金属钠发生光电效应D金属钠表面发出的光电子的最大初动能为 9.60 eV进入导航 第15页解析：一群氢原子处于 n3 能级的激发态，可能发出 C23
7、3 种不同频率的光子，n3 能级和 n2 能级间能级差最小，所以从 n3能级跃迁到 n2能级发出的光子频率最低，波长最长，选项 A 错误因为 n3 能级和 n1 能级间能级差最大，所以氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级发出的光子频率最高，故 B错误当入射光频率大于金属钠的极限频率时，金属钠能发生光电效应，即入射光的能量大于钠的逸出功 2.49 eV 时就能产生光电效应根据能级图可知，从 n3 能级跃迁到 n2 能级所发出的光能量为1.51 eV(3.4)eV1.89 eV2.49 eV，能使金属钠的表面发生光电效应，从 n3 能级跃迁到 n1 能级发出的光子频率最高，发出的光子能量为 E1
8、2.09 eV，根据光电效应方程 EkhW0得，最大初动能 Ek12.09 eV2.49 eV9.60 eV，故 C 错误，D 正确进入导航 第17页1能级越高，量子数越大，轨道半径越大，电子的动能越小，但原子的能量肯定随能级的升高而变大.2原子跃迁发出的光谱线条数，是对于一群氢原子而言，而不是一个.进入导航 第18页考点 2 天然放射现象 衰变1 衰变、衰变的比较进入导航 第19页2.对半衰期的理解(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期(2)半衰期表示放射性元素衰变的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同(3)半衰期描述的对象是大量的原子核，不是单个原子核，这是一
9、个统计规律(4)一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在无关，且加压、增温均不会改变(5)要理解半衰期 表达式中各物理量的含义，在表达式中，m 是指剩余的原子核的质量，而不是衰变的质量进入导航 第20页(1)原子核238 92U 经放射性衰变变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变变为原子核234 92U.放射性衰变、和依次为()A 衰变、衰变和 衰变B 衰变、衰变和 衰变C 衰变、衰变和 衰变D 衰变、衰变和 衰变A进入导航 第21页(2)法国科学家贝可勒尔(H.A.Becquerel)在 1896 年发现了天然放射现象如图反映
10、的是放射性元素铀核衰变的特性曲线由图可知，铀的半衰期为_年；请在下式的括号中，填入铀在衰变过程中原子核放出的粒子的符号238 92U234 90Th()1 620 42He进入导航 第22页审题指导(1)由电荷数守恒、质量数守恒确定核反应方程，从而进一步推断各是什么衰变(2)结合题图，由半衰期的定义判断铀的半衰期由质量数守恒和电荷数守恒确定核反应方程中的粒子符号进入导航 第23页【解析】(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒，由题意可得衰变方程分别为：238 92U234 90Th42He，234 90Th234 91Pa 01e，234 91Pa234 92U 01e，所以 A 对(2)根据半衰
11、期的定义，由题图坐标轴数据可知，铀的半衰期为 1 620 年；由核反应所遵循的电荷数守恒和质量数守恒可知，衰变过程中放出的粒子的电荷数为 Z92902，质量数为 A2382344，符号为42He.进入导航 第24页3(2019江西上饶一联)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将放射性同位素15 8O 注入人体，参与人体的代谢过程.15 8O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象根据PET 的基本原理，下列说法正确的是()A.15 8O 衰变的方程式为15 8O15 9F01eB将放射性同位素15 8O 注入人
12、体，15 8O 的主要用途是作为示踪原子C一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子DPET 中所选的放射性同位素的半衰期应较长B进入导航 第25页解析：由质量数守恒和电荷数守恒可知，15 8O 衰变的方程式为15 8O15 7N01e，故 A 错误；将放射性同位素15 8O 注入人体，15 8O的主要用途是作为示踪原子，故 B 正确；一对正负电子湮灭后生成两个光子，故 C 错误；PET 中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故 D 错误进入导航 第26页4(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个 粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得 粒子和反冲核轨道半径之比为 441，如图所
13、示，则()A 粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反B原来放射性元素的原子核电荷数为 90C反冲核的核电荷数为 88D 粒子和反冲粒子的速度之比为 188ABC进入导航 第27页解析：微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即 粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反由于释放的 粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由 qvBmv2R，得 RmvqB.若原来放射性元素的核电荷数为 Q，则对 粒子：R1 p1B2e；对反冲核：R2p2BQ2e.由于 p1p2，R1R2441，所以 Q90.粒子和反冲核的速度大小与质量成反比，但质量大小未知
14、，故 D 错误进入导航 第28页(1)一个区别静止的原子核在磁场中发生 衰变和 衰变时的轨道不同，分别为相外切圆和相内切圆(2)两个结论原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒因为 衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定 衰变的次数，然后根据衰变规律确定 衰变的次数进入导航 第29页考点 3 核反应类型与核反应方程1核反应类型进入导航 第30页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(11H)、中子(10n)、粒子(42He)、粒子(01e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程式或
15、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，电荷数守恒进入导航 第31页(2018天津卷)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于 2017 年 8 月 28 日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.14 7N 俘获一个 粒子，产生17 8O 并放出一个粒子B.2713Al 俘获一个 粒子，产生3015P 并放出一个粒子C.11 5B 俘获一个质子，产生84Be 并放出一个粒子D.63Li 俘获一个质子，产生32He 并放出一个粒子B进
16、入导航 第32页审题指导 根据核反应过程中质量数和电荷数均守恒的原则，写出核反应方程，同时应熟记几种常用的微观粒子的表示方法【解析】本题考查核反应方程由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则，可写出选项中的四个核反应方程.14 7N42He17 8O11H，选项 A 错误.2713Al42He3015P10n，选项 B 正确.11 5B11H84Be42He，选项 C 错误.63Li11H32He42He，选项 D 错误进入导航 第33页5(2019广东五校一联)2017 年 11 月 17 日，“中国核潜艇之父”黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑下列有
17、关核反应说法错误的是()A目前核潜艇是利用重核裂变提供动力B重核裂变反应中一定有质量亏损C.235 92U10n140 54Xe9438Srd10n，式中 d2D铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小D进入导航 第34页解析：目前世界上的核潜艇都是利用重核裂变提供动力，A正确重核裂变释放能量一定存在质量亏损，B 正确由核反应中质量数守恒可知 d2，C 正确铀核裂变后生成的新核的比结合能比铀核的大，D 错误进入导航 第35页6我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.21H31H42He10nB
18、.14 7N42He17 8O11HC.42He2713Al3015P10nD.235 92U10n144 56Ba8936Kr310nA进入导航 第36页解析：本题考查核反应类型选项 A 是质量小的核结合成质量较大的核，属于核聚变选项 B 是卢瑟福发现质子的人工转变方程选项 C 是约里奥居里夫妇发现人工放射性同位素的人工转变方程选项 D 是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程，属于核裂变进入导航 第37页四种核反应的快速区分(1)衰变反应：反应方程左边只有一个原子核，右边有两个且其中包含一个氦核或电子(2)人工核反应：核反应方程左边有一个原子核和 粒子、中子、质子、氘核等粒子中的一个，右
19、边有一个新核，还可能放出一个粒子(3)重核的裂变：左边为重核与中子，右边为两个以上的核并放出若干个粒子方程左右两边中子数不可抵消(4)轻核的聚变：左边为轻核，右边为质量较大的核例如氘核和氚核聚变成氦核的反应进入导航 第38页考点 4 结合能 质量亏损 质能方程1对结合能的理解(1)原子核核子数越多，其结合能越大，即把原子核分解为核子所需的能量越多(2)比结合能指平均每个核子吸收(或释放)的能量，比结合能越大，原子核结合越牢固，越稳定(3)比结合能小的原子核变为比结合能大的原子核，要释放能量进入导航 第39页2对质能方程的理解(1)物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，
20、减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量(2)质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少(3)在核反应中遵循能量守恒定律；(4)质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度进入导航 第40页3核能的计算方法(1)根据 Emc2 计算，m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”(2)根据 Em931.5 MeV 计算，m 的单位是“u”，E的单位是“MeV”(3)根据核子比结合能来计算：原子核的结合能核子比结合能核子数(4)根据动量守恒和能量守恒计算：在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成新核和新粒子的动能在此情况下可依据动量守恒和能量
21、守恒来计算核能进入导航 第41页(2019北京师大附中模拟)太阳中含有大量的氘核，氘核不断发生核反应放出核能，以光和热的形式向外辐射已知两个氘核发生核反应可以产生一个新核，并放出一个中子该新核质量为3.015 0 u，氘核质量为 2.013 6 u，中子质量为 1.008 7 u,1 u 的质量相当于 931.5 MeV 的能量，则：(1)写出该核反应方程式；(2)求核反应中释放的核能为多少 MeV(结果保留三位有效数字)；(3)若两氘核以相等的动能 0.35 MeV 进行对心碰撞，假设核能全部转化为机械能，求反应后新核的动能(结果保留两位有效数字)进入导航 第42页审题指导(1)根据质量数守
22、恒和电荷数守恒写出核反应方程(2)根据能量守恒，释放的核能及两核的动能全部转化为两个新核的动能【解析】(1)由质量数守恒和核电荷数守恒，写出核反应方程为21H21H32He10n.(2)反应过程中质量减少了m22.013 6 u1.008 7 u3.015 0 u0.003 5 u反应过程中释放的核能E0.003 5931.5 MeV3.26 MeV进入导航 第43页(3)设10n 核和32He 的动量分别为 p1和 p2，由动量守恒定律得 0p1p2由此得 p1和 p2大小相等由动能和动量关系 E p22m及32He 核和10n 质量关系得：中子的动能 E1是32He 核动能 E2的 3 倍
23、，即 E1E231由能量守恒定律得 E1E2E20.35由以上可以算出 E20.99 MeV.【答案】(1)21H21H32He10n(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV进入导航 第44页7(2018全国卷)1934 年，约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素 X：2713AlnX.X 的原子序数和质量数分别为()A15 和 28B15 和 30C16 和 30D17 和 31B解析：本题考查核反应方程在核反应过程中，质量数和电荷数分别守恒，则 X 的原子序数为 21315，X 的质量数为 427130，选项 B 正确进入导航 第45页8(2019安徽江
24、淮十校联考)关于质量亏损和原子核的结合能，以下说法正确的是()A原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子释放的能量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核子结合成原子核时会出现质量亏损，亏损的质量转化为释放的能量D原子核的平均结合能越大，则原子核中核子的平均质量就越小，在核子结合成原子核时平均每个核子的质量亏损就越小B进入导航 第46页解析：根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫原子核的结合能，理论上来说，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，故 A 错误；一重原子核衰变成 粒子和另一原子核，该过程中要释放能量，
25、衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故 B 正确；核子结合成原子核时会出现质量亏损，质量亏损以能量的形式释放出来，而不是转化，故 C 错误；原子核的平均结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，平均每个核子的质量亏损就越多，故 D 错误进入导航 第47页9(多选)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有()A.42He 核的结合能约为 14 MeVB.42He 核比63Li 核更稳定C两个21H 核结合成42He 核时释放能量D.235 92U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的大BC进入导航 第48页解析：42He 核里面有四
26、个核子，所以结合能约为 28 MeV，A项错误；比结合能越大，原子核越稳定，所以 B 项正确；两个21H核结合成42He 核时发生聚变反应，比结合能变大，有质量亏损，所以释放能量，C 项正确；235 92U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的小，D 项错误进入导航 第49页计算核能的技巧(1)由质量亏损计算核能：若 m 以 u 为单位，可由 1 u931 MeV/c2，得到释放的以 MeV 为单位的核能；若 m 以 kg 为单位，则由质能方程 Emc2 获得以 J 为单位的释放的核能(2)根据比结合能曲线计算核能：如21H21H42HeE 释放的核能为新核的结合能与两个氘核结合能之差进入导航 第50页温示提馨请 做：课时作业 40PPT文稿（点击进入）