沪科版物理选修3-5第三讲.ppt

,考基自主落实,核心考点透析,活页限时训练,高考快乐体验,原子的核式结构,(1),电子的发现,：,1897,年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,(2),原子的核式结构,氢原子的光谱 氢原子的能级结构、能级公式,(,考纲要求,),1,(2),原子的核式结构,粒子散射实验的结果,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,粒子甚至被撞了回来，如图,1,3,1,所示,图,1,3,1,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,原子核的尺度：原子核直径的数量级为,10,15,m,，原子直径的数量级约为,10,10,m.,原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数,氢原子光谱,(1),氢原子光谱的实验规律,(2),玻尔理论,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,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,h,E,m,E,n,.(,h,是普朗克常量，,h,6.6310,34,Js),2,当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加,天然放射现象、三种射线,(1),天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构,(2),三种射线的比较,原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素,(,考纲要求,),1,射线名称,比较项目,射线,射线,射线,组成,高速氦核流,高速电子流,光子流,(,高,频电磁波,),带电荷量,2,e,e,0,质量,4,m,p,m,p,1,67,10,27,kg,静止质,量为零,符号,He,速度,0.1,c,0.99,c,c,垂直电磁场,偏转情况,偏转,偏转,不偏转,射线名称,比较项目,射线,射线,射线,贯穿本领,最弱,用一张薄,纸能挡住,较强,穿透几厘米,厚的铝板,最,强穿透几厘,米厚的铅板,对空气的,电离作用,很强,较弱,很弱,在空气中,的径迹,粗、短、直,细、较长、,曲折,最长,通过胶片,感光,感光,感光,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,(3),半衰期：放射性元素的原子核有,_,发生衰变所需的时间半衰期由,_,的因素决定，跟原子所处的,_,无关,2.,核内部本身,物理或化学状态,半数,放射性同位素及应用,(1),同位素,具有相同,_,而,_,不同的原子核，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，叫做放射性同位素天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达,1 000,多种,(2),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、医疗等,作示踪原子,3,质子数,中子数,同位素,1,衰变规律及实质,衰变,类型,衰变,衰变,衰变,方程,衰变,实质,2,个质子和,2,个中子结合成一个整体射出,中子转化为,质子和电子,衰变,规律,电荷数守恒、质量数守恒,2.,人造放射性同位素的优点,(1),放射强度容易控制；,(2),可以制成各种所需的形状；,(3),半衰期很短，废料容易处理,核力,核子间的作用力核力是短程强引力，作用范围在,1.5,10,15,m,之内，只在,_,的核子间发生作用,核能,_,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,_,能，亦称核能,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,m,，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能,E,_.,核力、结合能、质量亏损,(,考纲要求,),1.,2,3,相邻,结合,mc,2,mc,2,核子,裂变反应和聚变反应,(1),重核裂变,：是重核分裂成中等质量的核的反应过程如：,由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积,_,_,临界体积,裂变的应用：原子弹、核反应堆,(2),轻核聚变,：聚变是两个轻核结合成,_,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,_,_.,3,裂变反应和聚变反应、裂变反应堆,核反应方程,(,考纲要求,),1.,3,大于,等于,质量较大,热核,反应,核反应的四种类型,类型,可控性,核反应方程典例,衰变,衰变,自发,衰变,自发,人工,转变,人工,控制,(,卢瑟福发现质子,),(,查德威克发现中子,),约里奥,居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子,重核,裂变,比较容易进行人工控制,轻核,聚变,很难,控制,2,污染与防护,举例与,措施,说明,污染,核爆炸,核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的,射线和中子流，长期存在放射性污染,核泄漏,核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染,医疗照射,医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡,防护,密封防护,把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线泄漏,距离防护,距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻,时间防护,尽量减少受辐射的时间,屏蔽防护,在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用铅的屏蔽作用最好,射线的危害和防护,(,考纲要求,),关于原子结构理论与,粒子散射实验的关系，下列说法正确的是,(,),A,卢瑟福做,粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型,是错误的,B,卢瑟福认识到汤姆孙,“,枣糕模型,”,的错误后提出了,“,核式,结构,”,理论,C,卢瑟福的,粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正,确性,D,卢瑟福依据,粒子散射实验的现象提出了原子的,“,核式,结构,”,理论,答案,D,1,答案,D,2,氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则,3,种力从大到小的排列顺序是,(,),A,核力、万有引力、库仑力,B,万有引力、库仑力、核力,C,库仑力、核力、万有引力,D,核力、库仑力、万有引力,解析,核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两核子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算时不考虑,答案,D,3,解析,核反应类型分四种，方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现,或,粒子聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知,B,、,D,两选项正确,答案,BD,现已建成的核电站发电的能量来自于,(,),A,天然放射性元素衰变放出的能量,B,人工放射性同位素放出的能量,C,重核裂变放出的能量,D,化学反应放出的能量,解析,现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂变放出的核能发电，故,C,项正确,答案,C,5,根据玻尔理论，在氢原子中量子数,n,越大，则,(,),A,电子轨道半径越小,B,核外电子速度越小,C,原子能级能量越小,D,原子的电势能越小,答案,B,6,如图,1,3,3(,甲,),是,、,、,三种射线穿透能力的示意图，图,1,3,3(,乙,),是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图,1,3,3(,乙,),中的检查是利用了哪种射线,(,),图,1,3,3,7,A,射线,B,射线,C,射线,D,三种射线都可以,答案,C,(2011,从化模拟,),可见光光子的能量在,1.61 eV,3.10 eV,范围内若氢原子从高能级跃迁到低能级，根据氢原子能级图,(,如图,1,3,4,所示,),可判断,(,),图,1,3,4,8,A,从,n,4,能级跃迁到,n,3,能级时发出可见光,B,从,n,3,能级跃迁到,n,2,能级时发出可见光,C,从,n,2,能级跃迁到,n,1,能级时发出可见光,D,从,n,4,能级跃迁到,n,1,能级时发出可见光,解析,发出可见光的能量,h,|,E,n,E,m,|,，故四个选项中，只有,B,选项的能级差在,1.61 eV,3.10 eV,范围内，故,B,选项正确,答案,B,太阳的能量来自下面的反应：四个质子,(,氢核,),聚变成一个,粒子，同时发射出两个正电子和两个没有静止质量的中微子已知,粒子的质量为,m,，质子的质量为,m,p,，电子的质量为,m,e,，则,N,A,表示阿伏加德罗常数，用,c,表示光速，则太阳上,1 kg,的氢核聚变成,粒子所放出的能量为,(,),A,125(4,m,p,m,2,m,e,),N,A,c,2,B,250(4,m,p,m,2,m,e,),N,A,c,2,C,500(4,m,p,m,2,m,e,),N,A,c,2,D,1 000(4,m,p,4,m,2,m,e,),N,A,c,2,9,答案,B,在未来的中国，从沿海的广东、浙江、福建到内陆的湖北、湖南、江西，几十座核电站将拔地而起发展核电既是中国发展突破能源、交通、环保瓶颈的上策，也符合国务院总理温家宝在,政府工作报告,中关于,“,节能减排,”,的号召下列关于核电站的说法中正确的是,(,),10,答案,D,如图,1,3,5,所示，氢原子从,n,2,的某一能级跃迁到,n,2,的能级，辐射出能量为,2.55 eV,的光子问：,(1),最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？,(2),请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图,考点一能级跃迁问题,【典例,1,】,图,1,3,5,解析,(1),氢原子从,n,2,的某一能级跃迁到,n,2,的能级，辐射光子的频率应满足：,h,E,n,E,2,2.55 eV,，,E,n,h,E,2,0.85 eV,所以，,n,4,，基态氢原子要跃迁到,n,4,的能级，应提供：,E,E,4,E,1,12.75 eV.,(2),辐射跃迁图如答案图所示,答案,(1)12.75 eV,(2),(1),量子数为,n,的氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：,如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为,(,n,1),如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数的,(2),理解氢原子能级图，量子数越大，相邻能级差越小，发出光子波长越长,图,1,3,6,所示为氢原子的四个能级，其中,E,1,为基态，若氢原子,A,处于激发态,E,2,，氢原子,B,处于激发态,E,3,，则下列说法正确的是,(,),A,原子,A,可能辐射出,3,种频率的光子,B,原子,B,可能辐射出,3,种频率的光子,C,原子,A,能够吸收原子,B,发出的光子并跃,迁到能级,E,4,D,原子,B,能够吸收原子,A,发出的光子并跃,迁到能级,E,4,【,变式,1,】,图,1,3,6,解析,本题考查对玻尔理论的理解及推理能力,原子,A,从激发态,E,2,跃迁到,E,1,，只辐射一种频率的光子，,A,错原子,B,从激发态,E,3,跃迁到基态,E,1,可能辐射三种频率的光子，,B,对由原子能级跃迁理论可知，原子,A,可能吸收原子,B,由,E,3,跃迁到,E,2,时放出的光子并跃迁到,E,3,，但不能跃迁到,E,4,，,C,错,A,原子发出的光子能量,E,E,2,E,1,大于,E,4,E,3,，故原子,B,不可能跃迁到能级,E,4,，,D,错,答案,B,1993,年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素,78Pt,，制取过程如下：,考点二 核反应方程及核反应类型的判断,【,典例,2,】,解析,根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程式,写核反应方程的原则：质量数守恒和电荷数守恒；中间用箭头，不能写成等号因两端仅仅是质量数守恒，没体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；能量守恒，但中学阶段不作要求；核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程,三个原子核,X,、,Y,、,Z,，,X,核放出一个正电子后变为,Y,核，,Y,核与质子发生核反应后生成,Z,核并放出一个氦核,(He),，则下面说法正确的是,(,),A,X,核比,Z,核多一个质子,B,X,核比,Z,核少一个中子,C,X,核的质量数比,Z,核的质量数大,3,D,X,核与,Z,核的总电荷数是,Y,核电荷数的,2,倍,【,变式,2,】,答案,CD,反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量,(,以原子质量单位,u,为单位,),已知,1 u,的质量对应的能量为,9.310,2,MeV,，此裂变反应释放出的能量是,_MeV.,考点三 核能的计算,【,典例,3,】,解析,由题给核反应方程及其下面的数据可知：,裂变之前的总质量为：,235.043 9 u,1.008 7 u,236.052 6 u,，,裂变之后的总质量为：,138,917 8 u,93.915 4 u,31.008 7 u,235.859 3 u,，,质量亏损为：,m,236.052 6 u,235.859 3 u,0.193 3 u.,因为,1 u,的质量对应的能量约为,9.310,2,MeV,所以,E,0.1939.310,2,MeV1.810,2,MeV.,答案,1.810,2,(1),应用质能方程解题的流程图,根据,E,mc,2,计算，计算时,m,的单位是,“,kg”,，,c,的单位是,“,m/s”,，,E,的单位是,“,J”,根据,E,m,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,m,的单位是,“,u”,，,E,的单位是,“,MeV”,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,(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,粒子名称,质子,p,粒子,电子,e,中子,n,质量,/u,1.007 3,4.001 5,0.000 55,1.008 7,【,变式,3,】,答案,(1)ACD,(2)A,考点四核反应与动量守恒的综合应用,【,典例,4,】,A,X,原子核中含有,54,个质子,B,X,原子核中含有,53,个中子,C,裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量,D,裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒,图,1,3,7,解析,(1),由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：,X,原子核中含有,54,个质子，,78,个中子，故,A,正确，,B,、,D,错，释放能量不是质量变成了能量，而是亏损的质量与释放的能量相对应，,C,错,【,变式,4,】,单击此处进入 高考快乐体验,单击此处进入 活页限时训练,