2023版高考物理一轮总复习第十三章第2节原子结构原子核课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习第十三章第2节原子结构原子核课件，共60页。PPT课件主要包含了JJ汤姆孙，图13-2-1，绝大多数，原子核，玻尔原子模型，三条假设，不连续，Em－En，图13-2-2，－136eV等内容，欢迎下载使用。
一、卢瑟福核式结构模型
汤姆孙的“枣糕”模型.
(1)1897 年__________发现电子，提出原子的“枣糕”
模型，揭开了人类研究原子结构的序幕.
(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷________分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里.
2.卢瑟福的“核式结构”模型.
(1)α粒子散射实验装置：如图 13-2-1 所示.
(2)α粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析.
子核的半径约为10－15～10－14 m；原子的半径约为10－10 m.
(3)原子核式结构模型.
①在原子的中心有一个很小的核，叫__________.②原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里.③带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.(4)原子核的大小：从α粒子散射实验的数据估算出原
3.质子和中子统称______，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的_________数等于其质子数与中子数的和.具有相同质子数的原子属于同一种元素；具有相同的质子
数和不同的中子数的原子互称同位素.
2.氢原子的能级、能级公式.
(1)氢原子的能级图(如图 13-2-2 所示).
(2)氢原子的能级和轨道半径.①氢原子的能级公式：En＝________(n＝1，2，3，…)，其中 E1 为基态能量，其数值为 E1＝________.②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1 为基态半径，又称玻尔半径，其数值为 r1＝0.53×10－10 m.
三、天然放射现象、原子核的组成
元素自发放出射线的现象，首先由__________发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.(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放射性元素.(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.
(1)原子核的组成.①原子核由________和________组成，质子和中子统
②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝
________＋________.
(2)同位素：具有相同________、不同_______的原子，在元素周期表中的位置相同.同位素具有相同的化学性质.
四、原子核的衰变和半衰期1.原子核的衰变.(1)原子核放出粒子或吸收粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.
(1)定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所
(2)衰变规律：N＝N0________、m＝m0________.(3)影响因素：由____________因素决定，跟原子所处
②核力是短程力，作用范围在 1.5× 10－15 m 之内.
五、核力、核能、质能方程、质量亏损、核反应
(1)定义：原子核内部，______间所特有的相互作用力.(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现.
③每个核子只跟它的相邻核子间有核力作用.
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.
①定义：原子核的结合能与________之比，叫做比结合能，也叫做平均结合能.②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越________，表示原子核中核子结合得越________，
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Δm，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝________.
4.原子核的人工转变.
(3)放射性同位素的人工合成.
(1)重核是指________很大的原子核.(2)重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应叫做重核的裂变.在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量.铀 235 裂变时，同时放出 2～3 个中子，如果这些中子再引起其他铀 235 核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫________反应.铀 235 能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的________体积.
(1)轻核是指质量数________的原子核，如氢核、氦核
(2)某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的________，同时放出大量的能量.轻核聚变只能发生在超高温条件下，故轻核聚变也叫做热核反应.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质
(2)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的
(3)氢原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁时，氢原子
辐射的光子能量为 hν＝En.(
(4)如果某放射性元素的原子核有 40 个，经过一个半
衰期后还剩 20 个.(
(5)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能
)答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.(2021 年北京丰台模拟)如图 13-2-3 所示的α粒子散射
实验中，少数α粒子发生大角度偏转的原因是(A.α粒子与原子中的电子发生碰撞B.正电荷在原子中均匀分布C.原子中带正电的部分和绝大部分质量集中在一个很小的核
图 13-2-3D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案：C
3.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法
A.α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B.β射线是电子流，其速度接近光速C.γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D.以上三种射线都是从原子核里放射出来的，所有放射性元素都能同时释放三种射线
解析：α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A 错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B 正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C正确；α衰变或β衰变有时伴随着γ辐射，而三种射线并不是同时放出的，D 错误.BC 正确.
4.(2021 年广东东莞月考)太阳能是我们的家园地球上最大的能源，太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应
D.反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
热点 1 氢原子能级及能级跃迁[热点归纳]1.两类能级跃迁：(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子.
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量.
①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差
②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离.
2.谱线条数的确定方法：(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n－1).(2)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数的两种求解方法：
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，然后相加.
3.氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律：
3，…)，随 n 增大而增大，随 n 的减小而减小，其中 E1＝－13.6 eV.(2)电子动能变化规律.①从公式上判断.电子绕氢原子核运动时静电力提供
②从库仑力做功上判断.当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小；反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子动能增大.
(3)原子的电势能的变化规律
①通过库仑力做功判断.当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大；反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小.
②利用原子能量公式 En＝Ekn＋Epn判断.当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大；反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小.
考向 1 氢原子跃迁过程中的特点【典题 1 】(2020 年北京卷) 氢原子能级示意图如图13-2-5.现有大量氢原子处于n＝3 能级上，下列说法正确的
A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出 2 种频率的光子B.从 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级比跃迁到 n＝2 能级辐
C.从 n＝3 能级跃迁到 n＝4 能级需吸收 0.66 eV 的能
D.n＝3 能级的氢原子电离至少需要吸收 13.6 eV 的能
解析：大量氢原子处于 n＝3 能级跃迁到 n＝1 最多可
图可知从 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级辐射的光子能量为hν1＝13.6 eV－1.51 eV，从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级辐射的光子能量为 hν2＝3.4 eV－1.51 eV，比较可知从 n＝3能级跃迁到 n＝1 能级比跃迁到 n＝2 能级辐射的光子频率高，故 B 错误；根据能级图可知从 n＝3 能级跃迁到 n＝4能级，需要吸收的能量为 E＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，故 C 正确；根据能级图可知氢原子处于 n＝3 能级的能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收 1.51 eV 的能量，故 D 错误.
考向 2 氢原子跃迁过程中光谱线的能量关系【典题 2】(2020 年陕西西安模拟)电荷之间的引力会产生势能.取两电荷相距无穷远时的引力势能为零，一个类氢原子核带电荷为＋q，核外电子带电量大小为 e，其引力
，式中 k 为静电力常量，r 为电子绕原子
核圆周运动的半径(此处我们认为核外只有一个电子做圆周运动).根据玻尔理论，原子向外辐射光子后，电子的轨
道半径从 r1 减小到 r2，普朗克常量为 h，那么，该原子释
解析：电子在 r 轨道上做圆周运动时，静电引力提供
热点 2 原子核的衰变规律考向 1 三种射线[热点归纳]
(1)三种射线的比较：
(2)α衰变、β衰变的比较：
核反应过程没有放出α粒子，也不是一个α衰变过程，故 D错误.
考向 2 衰变次数的确定方法[热点归纳]
由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方
方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数.
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α衰变和 6 次β衰变D.共经过 6 次α衰变和 4 次β衰变
解析：钍核中共有 90 个质子，142 个中子，铅核中共有 82 个质子，126 个中子，故铅核比钍核少 8 个质子，少
热点 3 半衰期[热点归纳]1.半衰期公式：
2.半衰期的物理意义：
半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大.3.半衰期的适用条件：
半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变.
14C 的比例，是现代植物样品中 14C 比例的二分之一，则
t＝5730 年，故 A 正确；再过约 5730 年，该样品中的 14C将变为原来的四分之一，故 B 错误；14C 衰变为 14N 的本质是β衰变，故 C 错误；改变样品测量环境的温度和压强，不可以改变 14C 的半衰期，因此不可以改变 14C 的衰变快慢，故 D 错误.答案：A
热点 4 核反应方程
考向 1 核反应的四种类型[热点归纳]
【典题 6 】(2019 河南安阳模拟)下列说法正确的是
该反应类型为轻核聚变，故 B 错误；裂变是重核吸收一个慢中子后分裂成两个或两个以上的中等质量的原子核的过程，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，裂变方程中裂变
个中子，核反应类型为重核裂变，故 C 正确；核反应方程：
考向 2 核反应方程式的书写[热点归纳]
1.熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程
2.掌握核反应遵守的规律，是正确书写核反应方程式或判断某个核反应方程式是否正确的依据，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.
【典题 7】(多选，2020 年新课标Ⅰ卷)下列核反应方
程中，X1，X2，X3，X4 代表α粒子的有(
热点 5 质能方程与核能的计算[热点归纳]
1.对质能方程的理解：
(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和
它的质量成正比，即 E＝mc2.
方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的质量增大，能量增大；物体的质量减少，能量减少.
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也
要相应减少，即ΔE＝Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质
量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.
(1)根据ΔE＝Δmc2 计算，计算时Δm 的单位是“kg”，
c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”.
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 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Δm的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”.
(3)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.
【典题 8】(2019 年新课标Ⅱ卷)太阳内部核反应的主要模式之一是质子——质子循环，循环的结果可表示为
A.8 MeVC.26 MeV
B.16 MeVD.52 MeV
解析：由ΔE＝Δmc2 知ΔE＝ (4×mp－mα－2me)c2，忽电子质量，则ΔE＝(4×1.0078 u－4.0026 u)·c2≈26 MeV，故 C 正确.
核反应与动量守恒定律的综合模型模型一 原子核衰变后在磁场中的运动轨迹问题[热点归纳]静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒 m1v1＝m2v2
知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，
【典题 9】(多选，2019 年湖南娄底模拟)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(AZX)发生了一次α衰变.放射出的α粒子( )在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R.以 m、q 分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用 Y 表示. 下面说法正确的是
C.若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的A（qBR）2动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm＝2m（A－4）c2D.发生衰变后产生的α粒子与新核 Y 在磁场中运动的轨迹正确的是图 13-2-6 丙
，C 正确；由动量守恒可知，衰变后α粒子
与新核 Y 运动方向相反，所以，轨迹圆应外切，由圆周运
可知，α粒子半径大，由左手定则
可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，D 错误.答案：ABC
【触类旁通】(2019 年湖南衡阳模拟)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆 1 和 2 的径迹照片如图 13-2-7 所示，已知两个相切圆半径分别 r1 、r2 ，则下列说法正确的是
A.原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B.径迹 2 可能是衰变后新核的径迹
解析：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场
向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝m
中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，由题图知两圆为外切圆，所以为电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，但不是β衰变，故 A 错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量 p 大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供
，由于 p、B 都相同，则粒子电荷量 q 越大，其轨道半
径 r 越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则半径为 r1 的圆为放出新核的运动轨迹，半径为 r2 的圆为粒子的运动轨迹，故 B错误；根据动量守恒定律知，新核 Th 和α粒子的动量大小
，所以动能之比等于质量的反比，
新核与粒子的动能比为2∶117，故 C 错误；由B 选项的分析知：r1∶r2＝2∶90＝1∶45，故 D 正确.
当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变
时，大圆轨道一定是释放出的带电粒子(α粒子或β粒子)的，小圆轨道一定是反冲核的.α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切.如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针.
模型二 核反应中的动量与能量综合问题[热点归纳]
解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时，首先应用质能方程求出核反应释放出的核能，其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程，最后联立求解.
3.3426×10－27 kg，氦3的质量为5.0049×10－27 kg，中子的
【典题 10】两个动能均为 0.35 MeV 的氘核对心正碰，聚变后生成氦 3，同时放出一个中子.已知氘核的质量为
质量为 1.6745×10－27 kg.假设碰前的动能和聚变中释放出
的核能都转变成了氦 3 和中子的动能.求：(1)写出上述核反应方程.(2)核反应中释放的核能(单位用 MeV，保留三位有效数字).(3)核反应中产生的氦 3 的动能(单位用 MeV).
(2)反应中释放的核能为
(3)核反应前后动量守恒，反应前两个动能相同的氘核和速度分别为 m1、m2 和 v1、v2，则有m1v1＋m2v2＝0