2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题五第17讲原子结构与原子物理课件

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第17讲　原子结构与原子物理
专题五 热学、光学、原子物理
一、原子的核式结构1．α粒子散射实验的结果．绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．2．原子的核式结构．在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
二、玻尔理论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hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s)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．
三、天然放射现象、原子核的组成原子核的衰变．
四、核能1．原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量．2．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．注意质量数与质量是两个不同的概念．3．质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比．
命题点一　原子的核式结构　玻尔理论1．对氢原子能级图的理解．(1)能级图如图所示．
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.②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≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
(多选)研究α粒子散射的实验装置如图所示，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A．绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子核内部大部分是中空的B．少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞C．极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核D．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，电势能最小
解析：绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子核内部大部分是中空的，极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核，A、C正确；少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金属原子核的斥力作用较大，而非与电子发生了碰撞，B错误；在α粒子散射实验中，当α粒子接近原子核时，电场力对α粒子做负功，电势能增加，因此α粒子最接近原子核时，电势能最大，D错误．故选AC.
(2022·北京模拟预测)已知钠原子从b、c、d几个能级向a能级跃迁时辐射的光的波长分别为：589 nm(b→a)，330 nm(c→a)，285 nm(d→a)．设最高能级为0，下列关于钠原子在这几个能量范围的能级图，可能正确的是(　　)
2．氢原子能级示意图如图所示．光子能量在1.63～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，可以给氢原子提供的能量为(　　)A．1.89 eVB．10.2 eVC．12.10 eVD．12.75 eV
解析：氢原子从高能级向基态跃迁时，所辐射光子能量最小值为E＝－3.40 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>3.10 eV，因此可见要产生可见光，氢原子吸收能量后最起码要跃迁到n>2能级．当激发后跃迁到n＝3能级E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6) eV＝12.09 eV，因此可以给基态氢原子提供12.09 eV能量，使其激发到n＝3能级．当激发后跃迁到n＝4能级E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6) eV＝12.75 eV，因此可以给基态氢原子提供12.75 eV能量，使其激发到n＝4能级．故A、B、C错误， D正确．故选D.
命题点二　原子核的衰变、半衰期1．衰变规律及实质．(1)α衰变和β衰变的比较．
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．
2．三种射线的成分和性质．
命题点三　核反应类型与核反应方程核反应的四种类型．
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，该反应为轻核聚变反应，不属于α衰变，A、B错误；该反应过程中有质量亏损，根据质能方程ΔE＝Δmc2，反应会放出能量，C正确；目前核电站主要是利用重核裂变，则该反应不是目前核电站的工作原理，D错误．故选C.
命题点四　核能的计算1．应用质能方程解题的流程图．
(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”．2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．
3．核能释放的两种途径的理解．(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．4．核电站与热核反应．(1)核电站反应堆主要部件：
(2)核聚变．定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫做聚变．能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量．发生聚变的条件：要使原子核间的距离达到10～15 m，核力才能大于电磁力．
2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆中核集团福清核电5号机组首次并网成功．如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图，下列说法正确的是(　　)
A．核反应中，质量守恒B．华龙一号的原理是热核反应C．原子核比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定D．核裂变反应过程中，反应物的结合能之和大于生成物的结合能之和
解析：核反应中，质量数守恒，但质量不守恒，释放核能时会产生质量亏损，故A错误；华龙一号的原理是核裂变，不是热核反应(核聚变)，故B错误；原子核比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定，故C正确；核裂变反应过程中，释放的核能等于生成物的结合能之和减反应物的结合能之和，所以反应物的结合能之和小于生成物的结合能之和，故D错误．故选C.
已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)A．释放出4.9 MeV的能量B．释放出6.0 MeV的能量C．释放出24.0 MeV的能量D．吸收4.9 MeV的能量
3．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是(　　)