高考物理二轮复习课件专题16　原子物理 32页

专题十六 原子物理 主干知识整合 专题十六 │ 主干知识整合 一、原子模型与玻尔假设 1．卢瑟福的核式结构模型 (1)α粒子散射实验：用α粒子轰击金箔，绝大多数α粒子穿过 金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏 转．(2)卢瑟福核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫 原子核，原子的全部________和几乎全部________都集中在原子 核里，带负电的电子在核外空间运动．由α粒子散射实验的实验 数据还可以估算出原子核大小的数量级是10－15 m. 正电荷 质量 专题十六 │ 主干知识整合 2．玻尔模型 (1)玻尔的三条假设(量子化) ①轨道量子化(不连续)； ②能量量子化； ③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν＝Em －En. (2)关于能级跃迁 ①公式hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在 各能级之间跃迁的情况，即原子只吸收能量值等于其某两个能 级之差的光子； ②若光子作用于原子使原子电离，则只需要入射光子能量 大于或等于原子所处定态的电离能即可； 专题十六 │ 主干知识整合 ③对于实物粒子与原子作用而使原子激发的情况(如高速电 子流打击任何固体表面产生伦琴射线)，就不受上述第①条的限 制，即实物粒子与原子碰撞时，由于实物粒子的动能可全部或 部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子 某两能级之差，都有可能使原子受激发而向高能级跃迁或发生 电离． 二、关于核反应与核能 1．天然放射现象 (1)两种衰变：①α衰变、②β衰变． (2)三种放射线性质比较 专题十六 │ 主干知识整合 种类 本质 质量(u) 电荷(e) 速度(c) 电离能力 贯穿能力 α射线 氦核 4 ＋2 0.1 最强 最弱，纸 能挡住 β射线 电子 －1 0.99 较强 较强，穿 透几毫米 铝板 γ射线 光子 0 0 1 最弱 最强，穿 透几厘米 铅板 专题十六 │ 主干知识整合 (3)半衰期：①计算式Nt＝N0　　　　　(Nt表示t时刻没有发 生衰变的原子核数量，N0表示初始数量)；②半衰期由核内部本身 的因素决定，跟原子所处的________、________状态无关；③半 衰期是对大数量原子核而言的，对少量原子核不适用． 2．各种核反应 (1)核反应类型：①衰变(自发放出射线)、②________、 ③________、④________. (2)所有核反应遵从的规律：①质量数守恒(质量并不守恒)、 ②电荷数守恒、③动量守恒． 物理 化学 人工转变 重核裂变 轻核聚变 专题十六 │ 主干知识整合 3．核能 (1)核反应中放出的能叫核能． (2)核能源于核反应中的质量亏损． (3)质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之 间存在着密切的联系，它们的关系是E＝mc2；质能方程的另一个 表达形式是ΔE＝Δmc2. (4)爱因斯坦质能方程揭示了核反应中核能与质量变化的关系， 把质量和能量统一了起来． 要点热点探究 专题十六 │ 要点热点探究 ► 　探究点一　关于能级跃迁问题 能级跃迁问题是高考在本专题命题的热点，出题几率很大， 对此类问题的分析首先要理解氢原子核外电子跃迁规律，然后 能把跃迁理论迁移到其他原子跃迁问题上，及时画出能级图是 解题的关键． 专题十六 │ 要点热点探究 例1　图4－16－1为氢原子的能级示意图，一群氢原子处 于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子， 用这些光子照射逸出功为2.49 eV的金属钠，下列说法中正确 的是(　　) 专题十六 │ 要点热点探究 A．这群氢原子能辐射出三种频率不同的光，其中从n＝3 跃迁到n＝2所发出的光波长最短 B．这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能 减小，原子的电势能增大 C．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV 【点拨】　本题涉及能级跃迁、光电效应，注意爱因斯坦 光电效应方程的准确应用． 专题十六 │ 要点热点探究 例1　D　【解析】　氢原子从n＝3跃迁到n＝2时辐射的 光子能量最小，波长最大，选项A错误；氢原子能量包括核外 电子的动能和原子的电势能，氢原子从高能级到低能级，能量 减小，电子从远轨道到近轨道，电子动能增大，所以原子的电 势能减小，选项B错误；氢原子向低能级跃迁辐射光子能量最 大为hν＝E3－E1＝12.09 eV，由Ek＝hν－W＝9.60 eV，选项 C错误、D正确． 专题十六 │ 要点热点探究 【点评】　关于能级跃迁需要熟练掌握的基本技能和规律 主要有以下几点：①能画出或读懂氢原子能级图或其他原子能 级图；②记住氢原子各能级值(En＝　　E1＝－13.6 eV)并准 确计算能级跃迁过程中吸收或释放的能量；③涉及吸收或放出 光子种类(或波长、频率)的分析(N＝　　)；④其他类氢原子结 构的跃迁问题以此类推． 专题十六 │ 要点热点探究 　　　如图4－16－2所示为氢原子的能级图，一群处于 某一能量状态的氢原子向低能态跃迁时最多可辐射3种不同频 率的光子，则处于该能量状态的氢原子可以吸收下列哪些能 量的光子后被电离(　　) A．10.2 eV B．0.85 eV C．0.66 eV D．3.4 eV 专题十六 │ 要点热点探究 例1　变式题　AD　【解析】　“最多可辐射3种不同频率 的光子”表明原子处于n＝3的能量状态，只要被吸收光子的能 量大于或等于1.51 eV，即可使氢原子电离，故A、D正确． 专题十六 │ 要点热点探究 ► 　探究点二　核反应与核能问题 核反应与核能问题涉及考点较多，属于考点并列型小综合 选择题．主要围绕核反应类型、核反应方程、核能等考点命 题． 专题十六 │ 要点热点探究 例2 2011年3 月11 日，日本近海发生了9.0 级地震，引 发海啸与核泄漏危机，大量放射性物质外泄．放射性物质铯 (137Cs)和碘(131I)进入大气，该地区水源、空气和生活环境 受到放射性污染．下列说法正确的是(　　) A．放射性物质需装入特制的容器，深埋地下或海底 B．铀核裂变的一种可能核反应是 C．放射性碘(131I)发生的β衰变方程为 D.　　裂变形式有多种，每种裂变产物不同且质量亏损也 不同，但释放的能量一定相同 专题十六 │ 要点热点探究 【点拨】　本题考查核反应与核能的分析． 例2　AC　【解析】　核反应堆中的废料具有很强的放射 性，放射性物质具有一定的穿透能力，采用能够阻止或吸收辐 射的物质作为容器并深埋，可以减少或避免放射性物质对环境 的污染，选项A正确；核反应满足质量数守恒、电荷数守恒， 可知选项B错误、C正确；由爱因斯坦质能方程可知，质量亏损 不同则释放的核能也不相同，选项D错误． 专题十六 │ 要点热点探究 【点评】　关于核反应与核能问题需要熟练掌握的基本技 能和规律主要有以下几点：①能够判别各种核反应并正确书写 其核反应方程；②能根据质量数守恒和电荷数守恒进行质量数 和电荷数的计算，以此推断反应前后某个未知元素；③能准确 进行核能的计算(方法一：通过爱因斯坦质能方程计算，注意统 一成国际单位；方法二：应用1 u＝931.5 MeV计算；方法三： 通过能量转化与守恒定律求解)；④能分析衰变过程涉及动量、 能量的综合题． 专题十六 │ 要点热点探究 　　　 [2010·全国卷Ⅰ] 原子核　　经放射性衰变① 变为原子核　　　　继而经放射性衰变②变为原子核　　　再 经放射性衰变③变为原子核　　　放射性衰变①、②和③依次 为(　　) A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、β衰变和α衰变 C．β衰变、α衰变和β衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变 专题十六 │ 要点热点探究 例2　变式题　A　【解析】　　　　　　　　　质量数少 4，电荷数少2，说明①为α衰变；　　　　　　　　　质子数 加1，说明②为β衰变，中子转化成质子；　　　　　　　　质 子数加1，说明③为β衰变，中子转化成质子． 专题十六 │ 要点热点探究 ► 　探究点三　光学与原子物理综合题 原子通过能级跃迁吸收或释放光子，可以和几何光学、物 理光学建立有机联系，是天然的命题结合点，在此出光学与原 子物理相综合的问题几率很大，在备考复习中应加大此类问题 的训练力度． 专题十六 │ 要点热点探究 例3　氢原子能级如图4－16－3所示，氢原子发出的a、b 两种频率的光用同一装置做双缝干涉实验，分别得到如图4－ 16－4甲、乙所示干涉图样．若a光是由能级n＝5向n＝2跃迁时 发出的，则b光可能是(　　) 专题十六 │ 要点热点探究 A．从能级n＝3向n＝2跃迁时发出的 B．从能级n＝4向n＝2跃迁时发出的 C．从能级n＝6向n＝2跃迁时发出的 D．从能级n＝6向n＝3跃迁时发出的 【点拨】　(1)双缝干涉条纹宽度的大小由哪些因素决定？ (2)光的波长与光子能量间的关系如何？ 专题十六 │ 要点热点探究 例3　C　【解析】　由图样可知，乙图条纹间距小于甲 图条纹间距，由Δx＝　　可知，a光的波长较长，b光的波长 短，原子发生能级跃迁的过程中，hν＝　　＝En－E2，代入 数据可得hν＝2.86 eV，甲图中n＝5，乙图中n＞5，且hν>2.86 eV，故选项C正确． 【点评】　量子理论是光学与原子物理相联系的理论基 础，而各种色光光学参量的比较规律(详见本书第14讲例3后 面的点评)则是解决光学与原子物理综合题的冲关秘诀． 专题十六 │ 要点热点探究 　　　　下面的叙述正确的是(　　) A．光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性 B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α 射线的电离能力最强 D．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外 界放出核能 专题十六 │ 要点热点探究 例3　变式题　ACD　【解析】　光具有波粒二象性，光 电效应和康普顿效应证明光具有粒子性；β衰变所释放的电子 是原子核中的中子转化为质子和电子而形成的；在α、β、γ这 三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最强的是带电 最多的α射线；重核的裂变和轻核的聚变过程都向外界放出核 能，是因为都有质量亏损造成的. 专题十六 │ 教师备用习题 教师备用习题 1.近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目， 其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆．因 为重水堆核电站在发电的同时还可以产生出供研制核 专题十六 │ 教师备用习题 【解析】　C　元素　　Z为质子数，A为质量数，中子 数N＝A－Z，可得　　　的中子数比　　的中子数多2，质子 数少2，选项A、B均错误；　　衰变为　　　的衰变次数有下 列关系：由于β衰变质量数不变，先求α衰变的次数Nα＝　　 ＝0，β衰变的次数Nβ＝Z2－Z1＋2Nα，解得：Nβ＝2，选项C 正确、D错误． 【备选理由】　本题重点考查原子核的衰变规律，并结合 在核电站项目中的应用让学生做到理论联系实际． 专题十六 │ 教师备用习题 2．太阳内部持续不断地发生着热核反应， 质量减少．核 反应方程是　　　　　　　　　这个核反应释放出大量核 能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中 的光速为c.下列说法中正确的是(　　) A．方程中的X表示中子(　　) B．方程中的X表示电子(　　) C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2 D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2 专题十六 │ 教师备用习题 【解析】　D　核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可知 X表示正电子(　　)，选项A、B均错；质量亏损Δm＝4m1－ m2－2m3，轻核聚变释放核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2，选项 C错误、D正确． 【备选理由】　本题重点考查核反应过程中的质量数守恒 和电荷数守恒，并要求学生能准确进行核能计算，尤其是质量 亏损量Δm的确定． 专题十六 │ 教师备用习题 3．下列关于核电站的说法中不正确的是 (　　) A.核反应过程中电荷数守恒 B.核反应过程中质量和质量数都发生了亏损 C.在核反应堆中利用控制棒吸收中子使中子的数目减少来 控制核裂变反应的速度 D.核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为 热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将 机械能转化为电能 专题十六 │ 教师备用习题 【解析】　B　核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒， 但反应前后有质量亏损，从而释放核能，选项A正确、B错误； 选项C、D说法正确． 【备选理由】　本题重点介绍核电站的工作原理、核反应 速度的控制、核能的利用过程等考点，通过一个选择题几乎涉 及了核电站的所有重要环节，有利于学生对该部分内容的巩 固．