2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题五热学光学原子物理第15讲原子结构与原子核课件

这是一份2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题五热学光学原子物理第15讲原子结构与原子核课件，共56页。PPT课件主要包含了知识归纳素养奠基，细研命题点提升素养，答案AC，答案A，答案D，续上表，答案C等内容，欢迎下载使用。
第15讲　原子结构与原子核
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＝Em－En.(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．
4．氢原子的能级、能级公式．(1)氢原子的能级图(如图所示)．
三、天然放射现象、原子核的组成1．原子核的衰变．
2.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．α粒子散射实验．(1)α粒子散射实验装置．(2)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粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．2．原子的核式结构模型．(1)α粒子散射实验结果分析．①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．(2)核式结构模型的局限性．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．
3．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．
(2023·新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，元电荷e＝1.60×10－19 C)(　　)A．103 Hz　B．106 Hz　C．109 Hz　D．1012 Hz
(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项正确；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项错误；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项错误．故选AC.
1．(2023·广东深圳一模)有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光．图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09×1014 Hz的黄光，可见光谱如图乙所示．锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为(　　)
A．红色　　　　　　B．橙色C．绿色 D．青色
解析：由玻尔理论结合普朗克的量子假说，即E＝hν，根据图甲可得ENa＝hνNa，ELi＝hνLi，代入数据可得νLi≈4.48×1014 Hz，对照图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红光．故选A.
2．“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义．如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态．该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　) A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3
解析：原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－E1＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3.故选D.
3．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(　　)
命题点二　原子核的衰变、半衰期
2．三种射线的成分和性质．
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒的特点得出Y的类型，结合射线的不同特点和题目选项即可完成分析．核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，由此可得：Y的质子数为：8－6＝2，Y的质量数为：16－12＝4，即Y是α粒子，而α射线的电离能力比γ射线强，故D项正确，A、B、C三项错误；故选D.
对于质量为m0的放射性元素p，经过时间t后剩余p的质量为m，其图线如图所示，从图中可以得到p的半衰期为(　　)A．0.6 d　　　　　　　B．2.2 dC．3.0 d D．3.6 d
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：设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4.故选D.
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项错误；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项正确；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项错误．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，这种核反应叫作聚变．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．实现的方法有：把原子核加热到很高的温度。所以聚变反应又叫热核反应。
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项错误；华龙一号的原理是核裂变，不是热核反应(核聚变)，故B项错误；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项正确；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项错误．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
解析：依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为H＋H→He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1 MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV，于是吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.
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(　　)