第第3講原子與原子核氫原子光譜講原子與原子核氫原子光譜盧瑟福盧瑟福絕大多數(shù)絕大多數(shù)少數(shù)少數(shù)正電荷正電荷質(zhì)量質(zhì)量 3. 線狀譜和連續(xù)譜：光譜是一條條分立的_，稱為線狀譜光譜是連在一起的_，稱為連續(xù)譜 4. 原子的特征譜線：各種原子的發(fā)射光譜都是_不同原子的線狀譜_，我們把這些不同的譜線稱為原子的_利用原子的特征譜線分析物質(zhì)的方法稱為_(kāi)亮線亮線光帶光帶線狀譜線狀譜不同不同特征譜線特征譜線光譜分析光譜分析 5. 玻爾原子理論的兩個(gè)內(nèi)容：(1) 軌道量子化與定態(tài)原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子沿不同圓形軌道運(yùn)動(dòng)原子的定態(tài)是_，因而電子的軌道是_化的原子只能處于一系列的不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是_的，這些狀態(tài)叫_(2) 頻率條件原子從一種定態(tài)_到另一定態(tài)時(shí)，它輻射(或吸收)_頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的_決定，即h_.不連續(xù)的不連續(xù)的量子量子穩(wěn)定穩(wěn)定 定態(tài)定態(tài) 躍遷躍遷一定一定能量差能量差 6. 能級(jí)：原子在各個(gè)_時(shí)所具有的能量原子處于最低能級(jí)時(shí)，電子處在離核最近的軌道上，這種定態(tài)叫_，其他定態(tài)叫_電子離核越遠(yuǎn)原子所對(duì)應(yīng)的能量越_，通常情況下，原子處于基態(tài)，基態(tài)是最穩(wěn)定的一般情況下我們可以通過(guò)_來(lái)形象描述躍遷過(guò)程 7. 放射性：物質(zhì)發(fā)射某種看不見(jiàn)的_的性質(zhì) 8. 放射性元素：具有_性的元素 9. 天然放射現(xiàn)象：元素具有_放出射線的現(xiàn)象放出射線的種類：_射線、_射線、_射線定態(tài)定態(tài)基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)大大能級(jí)圖能級(jí)圖射線射線放射放射自發(fā)地自發(fā)地 10. 原子核的衰變：衰變：放出_的衰變衰變：放出_的衰變射線是伴隨著、衰變同時(shí)產(chǎn)生的 11. 半衰期：放射性元素的原子核有_發(fā)生衰變需要的時(shí)間放射性元素的半衰期描述的是_規(guī)律放射性元素衰變的快慢是由_的因素決定的，跟原子所處的_和_都沒(méi)有關(guān)系 12. 原子核的組成：原子核由_(符號(hào)p)和_(符號(hào)n)組成，統(tǒng)稱為_(kāi)質(zhì)子所帶總電荷量就是_，而且在數(shù)值上還等于_粒子粒子粒子粒子半數(shù)半數(shù)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)核內(nèi)部自身核內(nèi)部自身化學(xué)狀態(tài)化學(xué)狀態(tài)外部條件外部條件質(zhì)子質(zhì)子中子中子核子核子原子核所帶電荷量原子核所帶電荷量核外電子的電荷量核外電子的電荷量 13. 核力的特點(diǎn)：(1) 核力是_的一種表現(xiàn)(2) 核力是_(3) 核力存在于相鄰_之間 14. 結(jié)合能：原子核越大，結(jié)合能越_它的_與_之比，叫做比結(jié)合能，也叫_比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越_，原子核越_ 15. 核反應(yīng)：原子核在其他粒子轟擊下產(chǎn)生_的過(guò)程核反應(yīng)中釋放的能量叫做_ 16. 質(zhì)量虧損：核反應(yīng)中質(zhì)量_的現(xiàn)象 17. 質(zhì)能方程：物體具有的能量與質(zhì)量成_，即E_.強(qiáng)相互作用強(qiáng)相互作用短程力短程力核子核子高高結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)核子數(shù)平均結(jié)合能平均結(jié)合能牢固牢固穩(wěn)定穩(wěn)定新的原子核新的原子核核能核能變小變小正比正比 18. 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的_使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程通常把裂變物質(zhì)能夠產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫它的_，相應(yīng)的質(zhì)量叫做_中子中子臨界體積臨界體積臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量較小較小3較大較大氫原子光譜及原子躍遷氫原子光譜及原子躍遷 (2) 原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時(shí)的兩能級(jí)間的能量差 (3) 當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能 (4) 實(shí)物粒子和原子碰撞情況： 由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能級(jí)之差，也可以使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷 典題演示1(2016南通、泰州、揚(yáng)州、淮安二模)許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜的研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑關(guān)于氫原子光譜、氫原子能級(jí)和氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是() A. 氫原子巴耳末線系譜線是包含從紅外到紫外的線狀譜 B. 氫原子光譜的不連續(xù)性，表明氫原子的能級(jí)是不連續(xù)的 C. 氫原子處于不同能級(jí)時(shí)，電子在各處的概率是相同的 D. 氫光譜管內(nèi)氣體導(dǎo)電發(fā)光是熱輻射現(xiàn)象 【解析】巴耳末系譜線是可見(jiàn)光的線狀譜，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原子的能級(jí)是不連續(xù)的，B項(xiàng)正確；氫原子的電子處于低能級(jí)的概率大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體導(dǎo)電發(fā)光是電離現(xiàn)象，D項(xiàng)錯(cuò)誤B 典題演示2(2016蘇北四市三模)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，n為量子數(shù)若氫原子由n3躍遷到n2的過(guò)程釋放出的光子恰好能使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則一群處于n4的氫原子在向基態(tài)躍遷時(shí)，產(chǎn)生的光子中有_種頻率的光子能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，其中光電子的最大初動(dòng)能Ekm_eV.510.86 【解析】 氫原子從第3能級(jí)向第2能級(jí)時(shí)，發(fā)出光子的能量為1.89eV，從第4能級(jí)向基態(tài)躍遷發(fā)出6種頻率的光子，其中光子能量大于或等于1.89eV的有5種從第4能級(jí)直接躍遷到基態(tài)的光子產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大初動(dòng)能最大，為EkhW0(E4E1)(E3E2)10.86eV. 1. 三種射線的性質(zhì)原子核的衰變?cè)雍说乃プ?2. 衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì) (1) 兩種衰變的比較 (2) 射線：射線經(jīng)常是伴隨著衰變或衰變同時(shí)產(chǎn)生的其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變的過(guò)程中，產(chǎn)生的新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子CD 典題演示4(2015山東卷)14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N，半衰期約為5 700 y已知植物存活其間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少現(xiàn)通過(guò)測(cè)量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一下列說(shuō)法中正確的是() A. 該古木的年代距今約為5 700 y B. 12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C. 14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出射線 D. 增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變AC 【解析】 因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過(guò)的時(shí)間為一個(gè)半衰期，即該古木的年代距今約為5 700 y，選項(xiàng)A正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出電子，即發(fā)出射線，選項(xiàng)C正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項(xiàng)D錯(cuò)誤故選A、C. 1. 核反應(yīng)的四種類型核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算 2. 書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的注意點(diǎn)： (1) 核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接 (2) 核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來(lái)寫(xiě)核反應(yīng)方程 (3) 核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒遵循電荷數(shù)守恒 3. 核能計(jì)算 (1) 核能的計(jì)算方法： 根據(jù)Emc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J” 根據(jù)Em931.5 MeV計(jì)算因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”，E的單位是“MeV” 根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能核子數(shù) (2) 獲得核能的途徑： 重核裂變：a.裂變過(guò)程中能夠放出巨大的能量b.裂變的同時(shí)能夠放出23(或更多)個(gè)中子c.裂變的產(chǎn)物不是唯一的對(duì)于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小 輕核聚變：a.聚變過(guò)程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量比裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量大3至4倍b.聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈c.對(duì)環(huán)境污染較少d.自然界中聚變反應(yīng)原料豐富 典題演示5(2016南京最后一卷)太陽(yáng)內(nèi)部不斷進(jìn)行著各種核聚變反應(yīng)，一個(gè)氘核和一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核是其中一種，其核反應(yīng)方程為_(kāi)；如果氘核的比結(jié)合能為E1，氚核的比結(jié)合能為E2，氦核的比結(jié)合能為E3，則上述反應(yīng)釋放的能量可表示為_(kāi) 典題演示6(2016南通一模)一靜止的钚核發(fā)生衰變后放出一個(gè)粒子變成鈾核已知钚核質(zhì)量為m1，粒子質(zhì)量為m2，鈾核質(zhì)量為m3，光在真空中的傳播速度為c. (1)如果放出的粒子的速度大小為v，求鈾核的速度大小v. (2)求此衰變過(guò)程中釋放的總能量 【答案】 (m1m2m3)c2 典題演示7(2016南京三模)靜止的原子核X，自發(fā)發(fā)生反應(yīng)XYZ，分裂成運(yùn)動(dòng)的新核Y和Z，同時(shí)產(chǎn)生一對(duì)彼此向相反方向運(yùn)動(dòng)的光子，光子的能量均為E.已知X、Y、Z的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，求： (1) 反應(yīng)放出的核能E. 【答案】 (m1m2m3)c2 (2) 新核Y的動(dòng)能EkY. 1. (2016鹽城三模)如圖所示為氫原子光譜中的三條譜線，下列對(duì)這三條譜線的描述中正確的是() A. 乙譜線光子能量最大 B. 甲譜線是電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷發(fā)出的 C. 丙譜線是電子在兩個(gè)激發(fā)態(tài)間躍遷發(fā)出的 D. 每條譜線對(duì)應(yīng)核外電子繞核旋轉(zhuǎn)的一條軌道，任一譜線的頻率等于電子做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率C 【解析】 甲的波長(zhǎng)最短，頻率最大，光子的能量最大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；只有從高能級(jí)往低能級(jí)躍遷才會(huì)發(fā)出光子，B項(xiàng)錯(cuò)誤；丙譜線對(duì)應(yīng)的光子能量在三條譜線中最小，不會(huì)是激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)形成的，C項(xiàng)正確；光譜不能用經(jīng)典電磁理論來(lái)解釋，D項(xiàng)錯(cuò)誤 2. (2015無(wú)錫一模)下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是() A. 盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B. 天然放射性元素在衰變過(guò)程中核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)的是射線 C. 由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C要放出核能 D. 由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量D 【解析】 射線不帶電，在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，B項(xiàng)正確；原子核D和E聚變成原子核F時(shí)有質(zhì)量虧損，放出核能，D項(xiàng)錯(cuò)誤ADBD 6. (2016淮安5月模擬)氫原子的能級(jí)圖如圖所示，現(xiàn)有一群處于n4能級(jí)上的氫原子，要使它們回到n2能級(jí)過(guò)程中，可能輻射_種不同頻率的光子輻射出的光子照射某種金屬，該金屬的逸出功是2.25eV，則產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能是_eV.30.30 【解析】 現(xiàn)有一群處于n4能級(jí)上的氫原子，要使它們回到n2能級(jí)過(guò)程中，有43,32,42三種可能，故有三種不同頻率的光子，42輻射出的光子能量最大為W0.85 eV(3.40 eV)2.55eV，所以根據(jù)WW0Ek，故光電子獲得的最大動(dòng)能為Ek0.30eV.