（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 专题十七 原子结构和原子核教师用书（PDF，含解析）

专题十七原子结构和原子核真题多维细目表真题涉分考点原子结构原子核题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９浙江４月，１５２结合能多选难ɑ衰变物理建模选项并列科学推理２０１８浙江４月，１４２衰变稳定性多选中铀两次衰变基本概念选项并列科学推理２０１８浙江４月，１５２玻尔模型多选中能级跃迁物理建模选项并列科学推理２０１７浙江１１月，１４２核反应、结合能多选中核反应质量亏损、结合能基本概念选项并列科学推理２０１７浙江１１月，１５２玻尔模型多选中能级跃迁基本概念选项并列科学推理２０１７浙江４月，１４２氢原子光谱多选易原子跃迁基本概念选项并列科学推理２０１６浙江１０月，１６２核裂变多选难铀核裂变方程、质量亏损物理建模两项并列科学推理２０１６浙江４月，１４２核衰变多选易半衰期基本概念选项并列科学推理２０１５浙江１０月，１４２玻尔模型多选中能级跃迁基本概念选项并列科学推理总计卷均分２．２５５题／８卷５题／８卷选择中／易占比２．５％考频常见考法命题规律与探究本专题主要考查原子结构和原子核的相关知识及应用，主要涉及玻尔模型及核裂变、聚变、衰变等核反应方程。主要体现在以下几方面：（１）利用玻尔模型计算可能的光子能量，再结合光电效应或者色散、干涉、衍射等知识点进行考查；（２）以一个选项的形式考查核反应方程的合理性，主要是几个守恒量；（３）相关概念和细碎知识点的考查，比如结合能、核反应堆等。命题变化与趋势２０２０年高考本着“看似有变，实则不变”的原则，预计考查重点还是玻尔模型及原子核反应、结合能等相关知识，同时留意比较琐碎的知识点。１４８　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）对应学生用书起始页码Ｐ２７９考点一原子结构　　一、电子的发现阴极射线产生在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一定①　电压　时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线特点轰击②　荧光　物质时能使其发光组成电子流电子发现１８９７年，英国物理学家③　汤姆孙　测出了阴极射线粒子的比荷，断定它是带负电的粒子，后来被称为电子密立根油滴实验电子电荷的精确测定是在１９０９～１９１３年间由美国科学家密立根通过著名的“油滴实验”测出的密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体所带电荷量只能是ｅ的④　整数　倍　　二、α粒子散射实验与卢瑟福核式结构时间１９０９—１９１１年人员英国物理学家卢瑟福及其学生装置现象绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大角度的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了９０°三个关键词：“绝大多数”“少数”“极少数”实验基础α粒子散射实验模型理论在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转模型特点（１）核很小，原子直径的数量级为１０－１０ｍ，而核直径的数量级只有１０－１５ｍ（２）核很重，原子的质量几乎全部集中在核里（３）库仑力提供电子绕核旋转的向心力意义明确了原子结构的空间分布、质量分布、电荷分布续表对散射结果的解释按照核式结构模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力作用而发生大角度的偏转　　三、氢原子光谱氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示：１λ＝Ｒ１ｍ２－１ｎ２æèçöø÷式中Ｒ称为里德伯常量，实验值为Ｒ＝１．１０×１０７ｍ－１，ｍ＝１，２，３，…，对每一个ｍ，有ｎ＝ｍ＋１，ｍ＋２，ｍ＋３，…，构成一个谱线系。说明　氢光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值。四、能级概念在玻尔模型中，原子的可能状态是⑤　不连续　的，因此各状态对应的能量也是不连续的。这些能量值叫能级基态与激发态各状态的标号１，２，３，…，叫量子数，通常用ｎ表示。能量最低的状态叫基态，其他状态叫激发态。基态和各激发态的能量分别用Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…代表基态与离核最近的轨道相对应，量子数ｎ＝１激发态对应的量子数依次为ｎ＝２，３，４，…，分别称之为第二能级、第三能级、第四能级……或第一激发态、第二激发态、第三激发态……相应状态下离核距离增大能级图用水平线表示能级，水平线间距离表示能级差大小的图示称为能级图氢原子能级图备注①每一条水平线代表一个定态②左端数字“ｎ”表示量子数，右端数字“Ｅ”表示能级③ｎ越大时相邻能级间差值越小④竖直带箭头的线段表示一种跃迁方式跃迁概念原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁辐射与激发从高能级向低能级的跃迁过程，以释放光子的形式释放能量，称为辐射。ｈν＝⑥　Ｅ初－Ｅ终　从低能级向高能级的跃迁过程称为激发，始末能级差的绝对值等于所吸收的能量，ΔＥ＝Ｅ终－Ｅ初􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十七　原子结构和原子核１４９　　　　一、氢原子的能级及相关物理量在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看成轨道半径为ｒ的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有ｋｅ２ｒ２＝ｍｖ２ｒ（ｍ表示电子质量），则①电子运动速率ｖ＝ｋｅ２ｍｒ；②电子的动能Ｅｋ＝１２ｍｖ２＝ｋｅ２２ｒ；③电子运动周期Ｔ＝２πｒｖ＝２πｍｒ３ｋｅ２；④电子在半径为ｒ的轨道上所具有的电势能Ｅｐ＝－ｋｅ２／ｒ；⑤等效电流Ｉ＝ｅＴ。由以上各式可见，电子绕核运动的轨道半径越大，电子的运行速率越小，动能越小，电子运动的周期越大，在轨道上具有的电势能越大。（多选）氢原子能级如图，当氢原子从ｎ＝３跃迁到ｎ＝２的能级时，辐射光的波长为６５６ｎｍ。以下判断正确的是（　　）Ａ．氢原子从ｎ＝２跃迁到ｎ＝１的能级时，辐射光的波长大于６５６ｎｍＢ．用波长为３２５ｎｍ的光照射，可使氢原子从ｎ＝１跃迁到ｎ＝２的能级Ｃ．一群处于ｎ＝３能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生３种谱线Ｄ．用波长为６３３ｎｍ的光照射，不能使氢原子从ｎ＝２跃迁到ｎ＝３的能级解析　由Ｅ初－Ｅ终＝ｈν＝ｈｃλ可知，氢原子跃迁时始、末能级差值越大，辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知Ｅ３－Ｅ２＜Ｅ２－Ｅ１，故Ａ错误。由－１．５１－（－３．４）－３．４－（－１３．６）＝λ６５６ｎｍ得λ＝１２１．６ｎｍ＜３２５ｎｍ，波长较大、能级偏低，不能满足跃迁条件，故Ｂ错误。从ｎ＝３能级向低能级跃迁能产生的谱线数目Ｃ２３＝３，Ｃ正确。因跃迁中所吸收光子的能量必须等于始、末能级的差值，即从ｎ＝２跃迁到ｎ＝３的能级时必须吸收λ＝６５６ｎｍ的光子，故Ｄ正确。答案　ＣＤ１．下列有关卢瑟福α粒子散射实验的结论正确的是（　　）Ａ．证明了质子的存在Ｂ．证明了原子核是由质子和中子组成的Ｃ．说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上Ｄ．说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动１．答案　Ｃ　卢瑟福的α粒子散射实验彻底否定了汤姆孙的原子模型，为核式结构学说奠定了实验基础，这个实验事实说明原子中心有个很小的核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，除此之外不能说明其他问题，据此判断，Ａ、Ｂ、Ｄ均错，只有Ｃ正确。２．（２０１８浙江名校协作体，１４）（多选）下列说法正确的是（　　）Ａ．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短Ｂ．γ射线是频率极高的电磁波，其在云室中穿过会留下清晰的径迹Ｃ．根据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能将增大Ｄ．太阳辐射能量的主要来源与核电站发生的核反应一样，都是重核裂变２．答案　ＡＣ　依据德布罗意波长公式λ＝ｈｐ可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故Ａ正确；γ射线是频率极高的电磁波，其在云室中穿过不会留下清晰的径迹，选项Ｂ错误；根据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，原子的能级降低，电子的轨道半径减小，则电子绕核运动的动能将增大，选项Ｃ正确；太阳辐射能量的主要来源是轻核聚变，而核电站发生的是重核裂变，选项Ｄ错误。故选Ａ、Ｃ。考点二原子核　　一、天然放射现象天然放射现象概念放射性元素①　自发地　放出射线的现象发现者及时间１８９６年，由法国物理学家贝可勒尔发现意义使人们认识到原子核也有复杂的结构放射性概念物质发射射线的性质称为放射性放射性元素具有放射性的元素称为放射性元素，原子序数大于或等于８３的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于８３的元素，有的也能放出射线，它们放射出来的射线共有三种三种射线的本质及特征种类α射线β射线γ射线组成高速②　氦　　核　流高速③　电　　子　流④　光子　流（高频电磁波）　　　　带电荷量２ｅ－ｅ０质量４ｍｐ，ｍｐ＝１．６７×１０－２７ｋｇｍｐ１８３６静止质量为零速度０．１ｃ０．９９ｃｃ（光速）在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱　　二、原子核的组成􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１５０　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）质子发现１９１９年，由英国物理学家卢瑟福发现实质氢原子核质量１．６７２６２３１×１０－２７ｋｇ电荷正电，一个元电荷符号ｐ或１１Ｈ中子发现１９３２年，由卢瑟福的学生查德威克发现质量１．６７４９２８６×１０－２７ｋｇ电荷电中性，不带电符号ｎ或１０ｎ备注核子质子与中子的统称三个整数核子数：质子和中子质量差别非常微小，两者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数核电荷数（Ｚ）：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数质量数（Ａ）：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫原子核的质量数两个等式核电荷数＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数质量数（Ａ）＝核子数＝质子数＋中子数同位素具有相同质子数、不同中子数的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素原子核的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质。同位素的化学性质相同　　三、原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。原子核放出α粒子或β粒子，放出后就变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变。但这并不表明原子核内有α粒子或β粒子（β粒子是电子，而原子核内不可能有电子存在）。１．衰变规律：原子核衰变时的电荷数和质量数都守恒。２．衰变方程α衰变：ＡＺＸ➝Ａ－４Ｚ－２Ｙ＋４２Ｈｅ。β衰变：ＡＺＸ➝　ＡＺ＋１Ｙ＋０－１ｅ。３．两个重要的衰变２３８９２Ｕ➝２３４９０Ｔｈ＋４２Ｈｅ；２３４９０Ｔｈ➝２３４９１Ｐａ＋０－１ｅ。（１）核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化（质量亏损）而释放出核能。（２）当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。四、半衰期不同元素的半衰期是不一样的，用τ表示半衰期，ｍ０与Ｎ０表示衰变前的质量和原子核数，ｍ和Ｎ表示衰变后的质量和原子核数，ｎ表示半衰期数，则ｍ＝ｍ０２ｎ＝ｍ０·２－ｔτ，Ｎ＝Ｎ０２ｎ＝Ｎ０·２－ｔτ。五、核反应１．核力原子核由质子和中子组成，质子和中子是靠强大的核力结合在一起的。核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。核力的特点：（１）核力是强相互作用力，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多。（２）核力是短程力，作用范围在１．５×１０－１５ｍ之内。在大于０．８×１０－１５ｍ时，核力表现为引力，超过１．５×１０－１５ｍ时核力急剧下降几乎消失；在小于０．８×１０－１５ｍ时核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。（３）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱