第二单元原子结构原子核第二单元原子结构原子核第十四章光电效应原子与原第十四章光电效应原子与原子核子核知能要求与高考展望知能要求与高考展望知能要求与高考展望知能要求与高考展望1理解玻尔氢原子模型及能级概念，能解释原子的理解玻尔氢原子模型及能级概念，能解释原子的跃迁跃迁2了解原子核的组成、天然放射现象、放射性同位了解原子核的组成、天然放射现象、放射性同位素及其应用理解原子核衰变原理，素及其应用理解原子核衰变原理，、射线的特性射线的特性及半衰期及半衰期3掌握核反应方程及核能的计算掌握核反应方程及核能的计算4考查主要是选择题考查主要是选择题课课 前前 自自 修修1原子的核式结构原子的核式结构(1)电子的发现：电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆生通过对年，英国物理学家汤姆生通过对_的研究发现了电子的研究发现了电子(2)原子的核式结构原子的核式结构粒子散射实验的结果粒子散射实验的结果绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数进，但少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被撞粒子甚至被撞了回来，如图所示了回来，如图所示阴极射线阴极射线卢瑟福的原子核式结构模型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，叫在原子的中心有一个很小的核，叫_，原子的，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在所有正电荷和几乎所有质量都集中在_里，带负电里，带负电的的_在核外绕核旋转在核外绕核旋转原子核的尺度：原子核直径的数量级为原子核的尺度：原子核直径的数量级为_ m，原子直径的数量级约为，原子直径的数量级约为_ m.原子核的组成：原子核是由原子核的组成：原子核是由_和和_组组成的，原子核的电荷数等于核内的成的，原子核的电荷数等于核内的_数数原子核原子核原子核原子核电子电子10151010质子质子中子中子质子质子2. 玻尔理论玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列定态：原子只能处于一系列_的能量状态中，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，它辐跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收射或吸收_的光子，光子的能量由这两个定态的能的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即量差决定，即hEmEn(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道假设：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周轨道绕核运动相对应原子的定态是_的，因此的，因此电子的可能轨道也是不连续的电子的可能轨道也是不连续的不连续不连续一定频率一定频率不连续不连续3原子核的组成、放射性、衰变、半衰期原子核的组成、放射性、衰变、半衰期(1)天然放射现象、三种射线天然放射现象、三种射线原子核原子核_地放出某种粒子而转变为新核的变化叫地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的做原子核的_放射性元素衰变时放出的射线共有三种：放射性元素衰变时放出的射线共有三种：_射线，射线，_射线和射线和_射线射线(2)原子核的衰变原子核的衰变原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子，变成另一种原子核的变化粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变称为原子核的衰变分类分类衰变：衰变：衰变：衰变：自发自发衰变衰变半衰期：放射性元素的原子核有半衰期：放射性元素的原子核有_发生衰变所发生衰变所需的时间半衰期由需的时间半衰期由_的因素决定，跟原子所处的因素决定，跟原子所处的的_无关无关(3)放射性同位素及应用放射性同位素及应用同位素：具有相同同位素：具有相同_而而_不同的原子核，不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称在元素周期表中处于同一位置，互称_有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素放射性同位素的应用放射性同位素的应用.放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等医疗等.作示踪原子作示踪原子半数半数核内部本身核内部本身物理或化学状态物理或化学状态质子数质子数中子数中子数同位素同位素4核反应方程及核能核反应方程及核能 (1)重核裂变重核裂变重核裂变是重核分裂成中等质量的核的反应过程如：重核裂变是重核分裂成中等质量的核的反应过程如： (2)轻核聚变轻核聚变聚变是两个轻核结合成聚变是两个轻核结合成_的核的反应过程如：的核的反应过程如：使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫_3质量较大质量较大热核反应热核反应(3)核力核力核子间的作用力核力是核子间的作用力核力是_强引力，作用范围在强引力，作用范围在1.51015 m之内，只在之内，只在_的核子间发生作用的核子间发生作用(4)核能核能_结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的子时吸收的能量，叫做原子核的_能，亦称核能能，亦称核能(5)质能方程、质量亏损质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E_，原子核的质量必然比，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能损可求出释放的核能E_.短程短程相邻相邻核子核子结合结合mcmc2 2mcmc2 2重重 难难 突突 破破1能级跃迁问题能级跃迁问题(1)氢原子的能级图氢原子的能级图(如图所示如图所示)2衰变规律及实质衰变规律及实质衰变类衰变类型型衰变衰变衰变衰变衰变方衰变方程程衰变实衰变实质质 2个质子和个质子和2个中子个中子结合成一个整体射出结合成一个整体射出中子转化为中子转化为质子和电子质子和电子衰变规衰变规律律电荷数守恒、质量数守恒电荷数守恒、质量数守恒3.核反应的四种类型核反应的四种类型类型类型可控性可控性核反应方程典例核反应方程典例衰变衰变衰变衰变自发自发 U Th He衰变衰变自发自发 Th Pa e人工转人工转变变人工人工控制控制 N He O H(卢瑟福发现质子卢瑟福发现质子) He Be C H(查德威克发现中子查德威克发现中子) Al He P e约里奥约里奥居里夫妇发现放射居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子性同位素，同时发现正电子 P Si e重核裂重核裂变变比较容比较容易进行易进行人工人工控制控制U n Ba Kr nU n Xe Sr10 n轻核聚轻核聚变变很难很难控制控制 H H He n题题 型型 探探 究究题型一题型一能级的跃迁能级的跃迁【例【例1】下图为氢原子的部分能级图关于氢原子能级的跃下图为氢原子的部分能级图关于氢原子能级的跃迁，下列正确的是迁，下列正确的是()A用能量为用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态子跃迁到激发态B用能量为用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态子跃迁到激发态C用能量为用能量为13.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原的光子照射，可使处于基态的氢原子电离子电离D用能量为用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原的光子照射，可使处于基态的氢原子电离子电离解析：解析：根据根据E2E110.2 eV，如果原子吸收，如果原子吸收10.2 eV的的能量，可以由基态跃迁到第一激发态，能量，可以由基态跃迁到第一激发态，A项正确；根据项正确；根据E3E112.09 eV，用能量为，用能量为11.0 eV的光子照射，不能使基态原的光子照射，不能使基态原子跃迁到第二或第三激发态，子跃迁到第二或第三激发态，B项错误；如果要使处于基态项错误；如果要使处于基态的氢原子中的电子电离出来，则要求吸收的能量要大于的氢原子中的电子电离出来，则要求吸收的能量要大于13.6 eV，由于，由于C项小于这个数，而项小于这个数，而D项超过，故项超过，故C项错误项错误D项正确项正确答案：答案：AD方法点窍方法点窍：( (1) )氢原子在其内部的可能轨道上发生跃迁氢原子在其内部的可能轨道上发生跃迁时只能吸收一些特定频率的光子，即满足时只能吸收一些特定频率的光子，即满足hE大大E小小的条的条件；件；( (2) )氢原子中的电子若能从某一轨道上电离出来，则要求氢原子中的电子若能从某一轨道上电离出来，则要求吸收的能量要大于或等于该能级的能量吸收的能量要大于或等于该能级的能量.当提供的能量大于电当提供的能量大于电离能时，电子离开原子后还具有最大初动能离能时，电子离开原子后还具有最大初动能.题型二题型二衰变规律及三种射线的性质衰变规律及三种射线的性质【例【例2】 铀裂变所得产物之一氪铀裂变所得产物之一氪90( Kr)是不稳定的，是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆它经过一系列衰变最终成为稳定的锆86( Zr)，这些衰变是，这些衰变是()A1次次衰变，衰变，6次次衰变衰变B4次次衰变衰变C2次次衰变衰变D2次次衰变，衰变，2次次衰变衰变解析：解析：设经历了设经历了m次次衰变，衰变，n次次衰变，则衰变，则 Kr Zrm Hen e.因为因为90864m,36402m(n)所以所以m1，n6.答案：答案：A方法点窍方法点窍：计算衰变次数的方法：设放射性元素：计算衰变次数的方法：设放射性元素ZX经过经过m次次衰变和衰变和n次次衰变后，变为稳定的新元素衰变后，变为稳定的新元素ZX，则核反应，则核反应方程为：方程为： X Ym Hen e.根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程：根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程：AA4m.ZZ2mn.题型三题型三核反应类型的判断核反应类型的判断【例【例3】 下列说法中不正确的是下列说法中不正确的是()A. H H He n是聚变是聚变B. U n Xe Sr n是裂变是裂变C. Ra Rn He是是衰变衰变D. Na Mg e是裂变是裂变解析：解析：原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变衰变是指原子核放出变和聚变衰变是指原子核放出粒子或粒子或粒子后，变成粒子后，变成新原子核的变化，像本题中的新原子核的变化，像本题中的C和和D项原子核的人工转项原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新原子核的变化裂变变是指在其他粒子的轰击下变成新原子核的变化裂变是重核分裂成质量较小的核，像是重核分裂成质量较小的核，像B项聚变是轻核结合成项聚变是轻核结合成质量较大的核，像质量较大的核，像A项综上所述，项综上所述，D项是错误的项是错误的答案：答案：D方法点窍方法点窍：解答本题要熟练掌握三种衰变及重核：解答本题要熟练掌握三种衰变及重核裂变、轻核聚变的特点裂变、轻核聚变的特点.题型四题型四核能的计算核能的计算【例【例4】 太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核个氢核( H)结合结合成成1个氦核个氦核( He)下表中列出了部分粒子的质量下表中列出了部分粒子的质量.粒子名称粒子名称质子质子p粒子粒子电子电子e中子中子n质量质量/u1.007 34.001 50.000 551.008 7下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A核反应方程为核反应方程为4 H He2 eB核反应方程为核反应方程为4 H He2 eC4个氢核结合成个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为个氦核时的质量亏损约为0.026 6 uD聚变反应过程中释放的能量约为聚变反应过程中释放的能量约为4.161021 MeV解析：解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可得聚变的核反根据电荷数守恒和质量数守恒可得聚变的核反应方程为：应方程为：4 H He2 e，B错误、错误、A正确；质量亏正确；质量亏损为：损为：m4mHmHe2me41.007 34.001 520.000 550.026 6 (u)，C正确；核反应释放的能量为正确；核反应释放的能量为Emc20.026 6931.524.8 (MeV)，D错误错误答案：答案：AC方法点窍方法点窍：( (1) )应用质能方程解题的流程图：书写核应用质能方程解题的流程图：书写核反应方程反应方程计算质量亏损计算质量亏损m利用利用Emc2计算计算. ( (2) )计算释放的核能：计算释放的核能：根据根据Emc2计算，计算计算，计算时时m的单位是的单位是“kg”，c的单位是的单位是“m/s”，E的单位是的单位是“J”.根据根据Em931.5 MeV计算计算.因因1原子质量单位原子质量单位( (u) )相当于相当于931.5 MeV的能量，所以计算时的能量，所以计算时m的单位是的单位是“u”，E的单位是的单位是“MeV”.随随 堂堂 训训 练练1(2011汕头市一模汕头市一模)根据氢原子能级图根据氢原子能级图(如图如图)可判断可判断()A氢原子跃迁时放出光子的能量是连续的氢原子跃迁时放出光子的能量是连续的B电子的轨道半径越小，氢原子能量越大电子的轨道半径越小，氢原子能量越大C处于基态的氢原子是最稳定的处于基态的氢原子是最稳定的D欲使处于基态的氢原子激发，可用欲使处于基态的氢原子激发，可用11 eV的光子照射的光子照射错解：错解：错选错选D.D.主要是不能真正理解只有照射光的能主要是不能真正理解只有照射光的能量符合两个能级差的光子才能被吸收，不然不能被吸收，量符合两个能级差的光子才能被吸收，不然不能被吸收，则不可能使基态氢原子激发则不可能使基态氢原子激发答案：答案：C C2关于半衰期，下列说法中正确的是关于半衰期，下列说法中正确的是()A同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长B升高温度可以使半衰期缩短升高温度可以使半衰期缩短C氡的半衰期为氡的半衰期为3.8天，天，2个氡原子核，经过个氡原子核，经过3.8天就天就只剩下只剩下1个个D氡的半衰期为氡的半衰期为3.8天，天，2克氡原子核，经过克氡原子核，经过3.8天就天就只剩下只剩下1克克错解：错解：错选错选C.C.没有理解放射性元素的原子核有半数发没有理解放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律，半衰期对某一个或生衰变所需要的时间是一种统计规律，半衰期对某一个或某几个原子核来说，是无意义的在许多氡核中，给定的某几个原子核来说，是无意义的在许多氡核中，给定的4 4个氡核是否按半衰期衰变会受到偶然因素的支配个氡核是否按半衰期衰变会受到偶然因素的支配解析：解析：考虑到半衰期与元素所处的环境无关，与本身考虑到半衰期与元素所处的环境无关，与本身的性质有关；考虑到半衰期是一种统计规律，故正确的选的性质有关；考虑到半衰期是一种统计规律，故正确的选项为项为D.D.答案：答案：D D3北京奥运会场馆建设中，大量采用环保新技术，北京奥运会场馆建设中，大量采用环保新技术，如场馆周围的路灯用太阳能电池供电、洗浴热水通过太阳如场馆周围的路灯用太阳能电池供电、洗浴热水通过太阳能集热器产生等太阳能产生于太阳内部的核聚变，其反能集热器产生等太阳能产生于太阳内部的核聚变，其反应方程是应方程是()A4 H He 2 eB. N He O HC. U n Xe Sr 10 nD. U Th He错解：错解：错选错选B B，认为两个质量不大的核聚合在，认为两个质量不大的核聚合在一起也是聚变其实，聚变的是轻核，即多为氢核、一起也是聚变其实，聚变的是轻核，即多为氢核、氘核、氚核、中子几个极其微小的粒子氘核、氚核、中子几个极其微小的粒子B B是中等是中等质量的核反应，属于人工转变质量的核反应，属于人工转变答案：答案：A A