【新步步高】高考物理大一轮总复习(江苏专版 )题库 第十三章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第3课时.doc
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1、第3课时原子结构与原子核考纲解读 1.知道两种原子结构模型,会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.4.会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题考点一原子结构与粒子散射实验1粒子散射实验的结果图1绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但少数粒子发生了大角度偏转,极少数粒子的偏转超过了90,有的甚至被撞了回来,如图1所示2卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外绕核旋转例1卢瑟福和他的助手做粒子散射实验,获得了
2、重要发现:关于粒子散射实验的结果,下列说法中正确的是()A证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动答案C解析粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子,所以C正确,A、B错玻尔发现了电子轨道量子化,D错变式题组1粒子散射实验现象英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔,为了解释实验结果,他提出了原子的核式结构学说如图所示O表示金原子核的位置,曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的粒子的运动轨迹,其中能正确反映实验结果的是()
3、答案BD解析粒子和原子核都带正电,粒子离核越近所受斥力越大,偏转越大,C错,D正确;曲线运动的轨迹总是弯向受力的一侧,A错,B正确2粒子散射现象分析在卢瑟福粒子散射实验中,有少数粒子发生了大角度偏转,其原因是()A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子内是均匀分布的C原子中存在着带负电的电子D原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案A解析卢瑟福粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是粒子发生了较大角度的偏转,这是由于粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,A正确,B错误粒子能接近原子核的机会很小,大多数粒子都从核外的空间穿过,而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不会发生
4、改变C、D的说法没错,但与题意不符考点二玻尔理论的理解与计算1定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,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,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hEmEn.(h是普朗克常量,h6.631034 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不连续的4氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图2所示)图2(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式:EnE1(n1,2,3,),其中E1为基态
5、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.例2氢原子处于基态时,原子能量E113.6 eV,已知电子电量为e,电子质量为m,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1,已知氢原子各定态能量与基态能量之间关系为En,式中n2、3、4、5(1)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,处于基态的氢原子核外电子运动的等效电流多大?(用K,e,r1,m表示)(2)若氢原子处于n2的定态,求该氢原子的电离能答案(1)I (2)3.4 eV解析(1)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力作向心力
6、,有根据电流的定义I得I (2)氢原子处于n2的定态时能级为E23.4 eV,要使处于n2的氢原子电离,需要吸收的能量值为3.4 eV,即电离能为3.4 eV.变式题组3能级跃迁的理解用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的3条谱线,且321,则()A01 B321C0123 D.答案B解析大量氢原子跃迁时,只有3个频率的光谱,这说明是从n3能级向低能级跃迁,根据能量守恒有h3h2h1,解得321,B正确4能级跃迁的理解如图3甲是氢原子的能级图,对于一群处于n4的氢原子,下列说法中正确的是()图3A这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁
7、B这群氢原子能够发出6种不同频率的光C这群氢原子发出的光子中,能量最大为10.2 eVD从n4能级跃迁到n3能级发出的光的波长最大答案BD解析处于n4激发态的大量氢原子跃迁时,最多发出的光子种数为C6,发出光的能量越小,频率越低,波长越长考点三原子核的衰变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:XYHe衰变:XYe2三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领射线氦核 He2 e4 u最强最弱射线电子ee u较强较强射线光子00最弱最强3.对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念,可总结出公式N余N原,m余m原式中N原、m原表示
8、衰变前的放射性元素的原子核数和质量,N余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量,t表示衰变时间,表示半衰期(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,与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)无关例3(1)Th(钍)经过一系列衰变和衰变,变成Pb(铅)以下说法中正确的是()A铅核比钍核少8个质子B铅核比钍核少16个中子C共经过4次衰变和6次衰变D共经过6次衰变和4次衰变(2)约里奥居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是_解析(1)设衰变次数为x,衰变次数为y,由
9、质量数守恒和电荷数守恒得2322084x90822xy解得x6,y4C错,D正确铅核、钍核的质子数分别为82、90,故A正确铅核、钍核的中子数分别为126、142,故B正确(2)写出衰变方程PSie故这种粒子为e(正电子)答案(1)ABD(2)e变式题组5对原子核衰变的理解2014年5月10日南京发生放射铱192丢失事件,铱192化学符号是Ir,原子序数是77,半衰期为74天,铱192通过衰变放出射线,射线可以穿透10100 mm厚钢板设衰变产生的新核用X表示,写出铱192的衰变方程_;若现有1 g铱192经过148天有_g铱192发生衰变答案77Ir78X01e0.756核反应实质的理解原子
10、核U经放射性衰变变为原子核Th,继而经放射性衰变变为原子核Pa,再经放射性衰变变为原子核U.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、衰变和衰变答案A解析UTh,质量数少4,电荷数少2,说明为衰变.ThPa,质子数加1,质量数不变,说明为衰变中子转化成质子,PaU,质子数加1,质量数不变,说明为衰变,中子转化成质子故选A.1衰变方程衰变:XYHe衰变:XAZ1Ye2衰变实质衰变:2H2nHe衰变:nHe3衰变规律:电荷数守恒、质量数守恒4衰变次数的计算若XYnHeme则AA4n,ZZ2nm解以上两式即可求出m和n.考点四核反应类型及核反应方程类型可控
11、性核反应方程典例衰变衰变自发92U90ThHe衰变自发90Th91Pae人工转变人工控制7NHe8OH(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德威克发现中子)13AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子PSi01e重核裂变比较容易进行人工控制92Un56BaKr3n92Un54XeSr10n轻核聚变目前无法控制HHHen注意:(1)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表示反应方向,不能用等号连接(2)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(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒;遵循电荷数守恒例4(1)现有三个核
12、反应方程:NaMg01e;92Un56BaKr3n;HHHen.下列说法正确的是()A是裂变,是衰变,是聚变B是聚变,是裂变,是衰变C是衰变,是裂变,是聚变D是衰变,是聚变,是裂变(2)现有四个核反应:A.HHHenB.UnXKr3nC.NaMgeD.HeBeCn_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求B中X的质量数和中子数解析(1)NaMge中Na核释放出粒子,为衰变.UnBaKr3n为铀核在被中子轰击后,分裂成两个中等质量的核,为裂变而HHHen为聚变,故C正确(2)人工转变核反应方程的特点:箭头的左边是氦核与常见元素的原子核,箭头的右边也是
13、常见元素的原子核D是查德威克发现中子的核反应方程,B是裂变反应,是研究原子弹的基本核反应方程,A是聚变反应,是研究氢弹的基本核反应方程由电荷数守恒和质量数守恒可以判定,X质量数为144,电荷数为56,所以中子数为1445688.答案(1)C(2)DBA14488变式题组7核反应方程的书写原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量这几种反应的总效果可以表示为6HkHedH2n43.15 MeV由平衡条件可知()Ak1,d4 Bk2,d2Ck1,d6 Dk2,d3答案B解析核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒,所以624kd2
14、,612kd,解得k2,d2,因此B正确8核反应类型的判断关于核衰变和核反应的类型,下列表述中正确的有()A.92U90ThHe是衰变B.7NHe8OH是衰变C.HHHen是轻核聚变D.SeKr2e是重核裂变答案AC解析衰变是放射出氦核的天然放射现象,A正确;衰变是放射出电子的天然放射现象,而B是发现质子的原子核人工转变,故B错;C是轻核的聚变,D是衰变现象,故C正确,D错考点五核力与核能的计算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Emc2计算释放的核能(1)根据Emc2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Em931.5 MeV计
15、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利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算例5铀核裂变有多种形式,其中一种的核反应方程是UnBaKr3n.()(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量(235 92U、Ba、Kr、n的质量分别为235.043 9 u、140.913 9u、91.897 3 u、1.008 7 u、1 u相当于931 MeV)(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能?它相当于燃烧多少煤释放的能量?(煤的热值为2.94107 J/kg)解析(1)裂变反应的质量亏损为m(235.
16、043 91.008 7140.913 991.897 331.008 7) u0.2153 u一个铀235原子核裂变后释放的能量为E(0.215 3931)MeV200.4 MeV(2)1 kg铀235中含原子核的个数为NNA6.0210232.561024则1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ENNE(2.561024200.4) MeV5.131026 MeV设q为煤的热值,m为煤的质量,有ENqm,所以m kg2 791.8 t答案(1)200.4 MeV(2)5.131026 MeV2791.8 t变式题组9核能的计算已知氦原子的质量为MHe u,电子的质量为me u,质子的
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