（鲁京津琼）2020版高考物理总复习 第十四章 波粒二象性 原子结构与原子核 第2讲 原子与原子核课

第2讲原子与原子核知识排查原子的核式结构1.电子的发现：英国物理学家__________发现了电子。2.α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家________和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿______方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。3.原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的________和几乎全部______都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。汤姆孙卢瑟福原来正电荷质量氢原子光谱1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的______(频率)和强度分布的记录，即光谱。2.光谱的分类波长连续吸收特征4.光谱分析：利用每种原子都有自己的_________可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。特征谱线3.氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R122－1n2，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1)。玻尔理论及氢原子的能级：能级公式(1)定态假设：原子只能处于一系列_________的能量状态中，在这些能量状态中原子是______的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁假设：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＝________。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)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________的，因此电子的可能轨道也是________的。1.玻尔理论不连续Em－En稳定不连续不连续图12.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图1所示一一(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：En＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV。②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1.原子核的组成：原子核是由______和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的______。2.天然放射现象元素______地放出射线的现象，首先由__________发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有_______的结构。3.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有_______放射性同位素和_______放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：消除静电、工业探伤、做__________等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。质子质子数自发贝克勒尔复杂天然人工示踪原子4.原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种________的变化称为_________的衰变。(2)分类α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋_____如：23892U→23490Th＋42He；β衰变：AZX→AZ＋1Y＋_____如：23490Th→23491Pa＋0－1e。(3)半衰期：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的________、____________无关。42He0－1e原子核原子核半数物理化学状态1.核力原子核内部，_______所特有的相互作用力。2.核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝______。(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝______。核力和核能Δmc2Δmc2核子间裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1.重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)典型的裂变反应方程：23592U＋10n→8936Kr＋14456Ba＋310n。(3)链式反应：重核裂变产生的_______使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生____________的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：_______、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、_______、防护层。中子链式反应原子弹镉棒(1)定义：两个轻核结合成_____________的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫_________。2.轻核聚变(2)典型的聚变反应方程：21H＋31H→42He＋10n＋17.6MeV质量较大热核反应小题速练(1)人们认识原子具有复杂结构是从物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。()(2)卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了核式结构学说。()(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。()(5)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。()(6)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。()1.思考判断答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×A.金原子内部大部分都是空的B.金原子是一个球体C.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况D.原子核的半径的数量级是10－15m2.(多选)从α粒子散射实验结果出发推出的结论，其中正确的是()解析α粒子散射实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大角度的偏转，并有极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至几乎被反弹回来，则从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：金原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子核的半径的数量级是10－15m，不能说明金原子是球体，选项A、C、D正确。答案ACDA.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B.电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射C.电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D.不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收3.(多选)(2019·三明模拟)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是()答案AD解析由玻尔原子理论知，氢原子的轨道是不连续的，选项A正确；电子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会产生电磁辐射，选项B错误；氢原子在不同的轨道上对应的能量En＝1n2E1，电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要吸收光子，选项C错误；由于氢原子发射的光子的能量：E＝En－Em＝1n2E1－1m2E1＝hν，不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，选项D正确。4.(2017·上海单科)由放射性元素放出的氦核流被称为()A.阴极射线B.α射线C.β射线D.γ射线解析在天然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确。答案B答案AC5.(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是()A.23892U―→23490Th＋42He是α衰变B.147N＋42He―→178O＋11H是β衰变C.21H＋31H―→42He＋10n是轻核聚变D.8234Se―→8236Kr＋20－1e是重核裂变6.(2018·高考领航冲刺卷)已知真空中的光速c＝3.0×108m/s，下列说法正确的是()A.铋210的半衰期是5天，经过10天，32个铋210衰变后还剩下8个B.用中子轰击铀核的核反应方程为23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n，属于原子核的衰变C.若核反应10n＋11H―→21H释放出2.2MeV能量，该过程质量亏损为3.9×10－30kgD.某原子核AZX吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个α粒子，则A＝7，Z＝2答案C解析半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律，少数原子核不适用此规律，选项A错误；23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n是原子核的裂变，选项B错误；根据ΔE＝Δmc2，可得Δm＝3.9×10－30kg，选项C正确；根据质量数和电荷数守恒可知A＋1＝8，Z＋1＝4，则A＝7，Z＝3，选项D错误。7.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1＋m2－m3)cB.(m1－m2－m3)cC.(m1＋m2－m3)c2D.(m1－m2－m3)c2解析由质能方程E＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，代入上式得E＝(m1＋m2－m3)c2。答案C玻尔理论和能级跃迁1.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子。光子的频率ν＝ΔEh＝E高－E低h。(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE。②碰撞、加热等：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。2.谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。①用数学中的组合知识求解：N＝C2n＝n（n－1）2。②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。(1)电离态：n＝∞，E＝0(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。例如：基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(3)吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。3.电离1.如图2是氢原子的能级图。一个氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁，则以下判断正确的是()图2A.该氢原子最多可辐射出6种不同频率的光子B.该氢原子跃迁到基态时需要吸收12.75eV的能量C.该氢原子只有吸收0.85eV的光子时才能电离D.该氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量是特定值解析本题研究的是单个氢原子，单个处于n能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出(n－1)条不同频率的光子，故该氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子，选项A错误；该氢原子跃迁到基态时需要释放－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV的能量，选项B错误；只要吸收的光子的能量大于0.85eV，该氢原子就能电离，选项C错误；氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量等于两能级的能量差，此能量差为一特定值，选项D正确。答案DA.Hα对应的前后能级之差最小B.同一介质对Hα的折射率最大C.同一介质中Hδ的传播速度最大D.用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能2.(2018·天津理综，5)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定()答案A解析Hα的波长最长，频率最低，由跃迁规律可知，它对应的前后能级之差最小，A项正确；由频率越低的光的折射率越小知，B项错误；由折射率n＝cv可知，在同一介质中，Hα的传播速度最大，C项错误；入射光频率大于金属的极限频率才可以使该金属发生光电效应现象，因νHβνHγ，所以Hβ不一定能使该金属发生光电效应现象，选项D错误。原子核的衰变及半衰期1.衰变规律及实质(1)α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程MZX→M－4Z－2Y＋42HeMZX→MZ＋1Y＋0－1e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211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(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。2.三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核42He＋2e4u最强最弱β射线电子0－1e－e11837u较强较