2020届高考物理专题原子结构原子核导学案.doc

1、原子结构原子核知识梳理知识点一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1.原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。(2) “粒子散射实验：19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用a粒 子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向但有 少数a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，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。2.光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长 (频率)和强度分布的记录，即

2、光 谱。(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。有的光谱是连在一起的光gy羊的光谱叫做连续谱。(3)氢原子光谱的实验规律111巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式 = R22二n , (n = 3, 4,5,)，R是里德伯常量，R= 1.10X10 7 m n为量子数。3 .玻尔理论(1)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。(2)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hv = En Eno (h 是普朗克常量，h =

3、6.63 x 10 3J s)(3)轨道：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。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。4 .氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图1所示图1(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式:1En=n2E ( n=1, 2, 3,)，其中 E为基态能量，其数值为 E=-13.6 eV 。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1 = 0.53 X 10 t° m。知识点二、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

4、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2 .天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子 核具有复杂的结构。(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是 “射线、6射线、丫 射 线。(4)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化 学性质相同。应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。防护：防止放射性对人体组织的伤害。3 .原子核的衰变(1)衰变：原子核放出a

5、粒子或3粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰(2)分类a 衰变：Zx Z-2Y+ 2He3 衰变：Ax-> z +iY+ e两个典型的衰变方程a盘变：曾UH>$Th+2He； 3 衰变：234Tz 23i4Pa+ 0e;(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数至生衰变所需的时间。半衰.期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。知识点三、核力、结合能、质量亏损1 .核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。(2)特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.5X10-15m之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。2 .结合能核子结

6、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,叫做原子核的结 合能，亦称核能。3 .比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比,称做比结合能，也叫平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4 .质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程 已皿2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Am这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能AE= Amd2o知识点四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程5 .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

7、方程：235U+ 0n - 36Kr + -Ba+ 30n。(3)链式反应：由重核裂变产生的中壬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：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。6 .轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行， 因此又叫热核反应。(2)典型的聚变反应方程：23411H+ iHR 2He+ on+ 17.6 MeV考点精练考点一原子的核式结构玻尔理论1 .定态间的跃迁一一满足能级差(1)从低能级(n小)里氏高能级(n大)一-

8、吸收能量。h v = En 大一En 小(2)从高能级(n大)稣生低能级(n小)一-放出能量。h v = En 大一En 小2 .电离电离态：n = 00, E= 0基态一电离态： E吸=0 （ 13.6 eV ） = 13.6 eV 电离能。n= 2 一电离态：E吸=0 巳=3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。对应训练1. a粒子散射实验现象（多选）根据 a粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图2所示为原子核式结构模型的 a粒子散射图景，图中实线表示 a粒子运动 轨迹。其中一个 a粒子在从a运动到b、再运动到C的过程中，a 粒子在b点时距原子核最

9、近。下列说法正确的是（）图2A.卢瑟福在a粒子散射实验中发现了电子B. a粒子出现较大角偏转的原因是a粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大C. a粒子出现较大角偏转的过程中电势能先变小后变大D. a粒子出现较大角偏转的过程中加速度先变大后变小解析 a粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，做负功；在远离金原子核的过程中，斥力越来越小，斥力做正功。答案 BD2 .玻尔理论一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，该氢原子（）A.放出光子，能量增加B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量减少解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B正确，A、C D错误。

10、答案 B3 .能级跃迁如图3所示为氢原子的四个能口级，其中Ei为基态，若氢原子 A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是(图3A.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 巳D.原子B能够吸收原子 A发出的光子并跃迁到能级 巳解析原子A从激发态E2跃迁到E,只辐射一种频率的光子， A错误；原子B从激发态 日跃迁到基态Ei可能辐射三种频率的光子， B正确；由原子能级跃迁理论可知，原子 A可能 吸收原子B由已跃迁到 巳时放出的光子并跃迁到 鼻，但不能跃迁到 曰，C错误；A原子发出 的光子能量 AE=巳E大于巳

11、E，故原子B不可能跃迁到能级 曰，D错误。答案 B规律方法解答氢原子能级图与原子跃迁 ,问题应注意(1)能级之间发生跃迁时放出 (吸收)光子的频率由 hv =Em En求得。若求波长可由 公式C=入v求得。(2) 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。(3) 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。2 n n 1用数学中的组合知识求解：n=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。考点二原子核的衰变、半衰期A. 衰变规律及实质(1) a衰变和3衰变的比较衰变类型a衰艾3衰艾衰笠方程MM44ZXHZ 2丫+ 2HeMX- M+1Y+

12、 -0e衰艾实质2个质子和2个甲子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2；H+ 20n t / T1 t /半衰期的公式二N余=N原2, m余=ms 2。式中N原、ms表不衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，r表示半衰期。对应训练 1.放射现象（多选）关于天然放射性，下列说法正确的是（）A.所有元素都可能发生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D. a、3和丫三种射线中，丫 射线的穿透能力最强解析原子序号大于等于83的元素都能发生衰变，原子序数小于83的有的也能

13、发生衰变，选项A错误；半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项 B正确；放射性 来自于原子核内部，与其形成的化合物无关，选项C正确；“、3、丫 三种射线中，丫 射线能量最高，穿透能力最强，选项 D正确。答案 BCDHe1n 一 ；H+ 0e匀强磁场中轨迹形状oo衰笠规律电荷数守恒、质量数守恒（2） 丫射线：丫射线经常是伴随着“衰变或3衰变同时产生的。2.三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量顾里电离能力贝牙本领a射线氨核2He+ 2e4 u最强3射线电子0 ie一e11 837 u较强较强丫射线7丫00最强3.半衰期的理解2.半衰期的理解及应用2015 山东理综，39（1）（多选）1

14、4C发生放射性衰变成 为14N,半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内 14C与12C的比例不变；生命活动结 束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是（）A.该古木的年代距今约 5 700年B. t 13C、14C具有相同的中子数C. 14C衰变为14n的过程中放出 3射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析 因古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时 间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12G 13c 14C具有相同的质子数，由于质量数不

15、同，故中子数不同，选项 B错误；根据核反应方程可知，14C衰变 为14N的过程中放出电子，即发出3射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。答案 AC3 .射线的性质及特点将能够释放出 “、3、丫 射线的放射性物质放在铅盒底部， 放射线穿过窄孔 OM到荧光屏上，屏上出现一个亮点P,如图4所示。如果在放射源和荧光屏之间加电场或磁场，,并在孔O附近放一张薄纸，则图中四个示意图正确的是（）解析 “、3、丫 射线穿过窄孔沿直线前进射到荧光屏上，打出一个亮点P。在小孔附近加一张薄纸能将L”射线挡住，这是因为 a射线的穿透能力很弱。丫射线是能量很大穿透能力很强的电磁波，在电场和磁场中

16、不会偏转，仍沿原方向前进，打在荧光屏上的点。而3射线是带负电的电子流，穿透能力也较强，能够通过薄纸，并在电场或磁场中发生偏转，根据它的受力情况可知D图正确。答案 D4 .衰变与动量、电磁场的综合（多选）一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图5所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1 ： 16,下列判断中正确的是（）图5A.该原子核发生了 “衰变8 .反冲原子核在小圆上逆时针运动C.原来静止的核，其原子序数为15D.放射性的粒子与反冲核运动周期相同解析衰变后产生的新核一一即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周,mv运动，轨道半径 r=mv,因反冲核与放射的粒

17、子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其qB半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷。因此，这个衰变为 3衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为MA- Q! B+0e。由两圆的半径之比为 1 ： 16可知，B核的核电荷数为16。原来的放射性原子核的核电荷数为15,其原子序数为15。即A为P （磷）核，B为S （硫=）核。由周期公式 T2 7tm-可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相qB同，反冲核的周期较大。答案 BC方法技巧确定衰

18、变次数的方法设放射性元素ZX经过n次“衰变和m次3衰变后，变成稳定的新元素 A： 丫。（1）反应方程：AX- A，Y+ n4He+ m 1e。（2）根据电荷数和质量数守恒列方程A= A +4n, Z=Z +2n-m,两式联立解得：nA AA A ,4-m m= - + Z -Zoa衰变的次数，这是因为3衰变的次数。注意为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定3衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定2A E= A mc。考点三核反应方程与核能的计算1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变a衰艾自发238,234_,4,92 U> 9oThi+ 2He3衰艾自发

19、234-234c090Th> 9i Pa+ ie人工转变人工控制174NI+ 4He> '0 1H(卢瑟福发现质子)4, ,9f12- 12He_l_dBe »6C+ 0n（查德威克发现并于）27 八，4, ,30-113Al + 2He> 15P+ 0n约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子3030015P> 14Si + +1e重核裂变比较容易进行人工控制235U+ 0n> 1564Ba+ 36Kr + 30n235,1136、，90c1 -192 U+ 0n，54XeH- 38Sr + 100n轻核聚变很难控制2, , 3, ,4,

20、 , 11H+1H > zHe+ 0n2.核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Am其能量也要相应减少，即Am吸收的能量为 AE(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A 2 =A mc。3 .核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核。(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。4 .核能的计算方法书写核反 应方程计算质量 亏损A m2利用A E= A mc 计算释放的核能（1）根据AE= A mC计算，计算时 Am的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，A E的 单位是“ J”。（2）根据AE= AmX 931.5 M

21、eV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 Am的单位是“u”，A E的单位是“MeV。对应训练1 .核反应类型的判断（多选）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（ ）A. 238UJ-> 234Th+4He 是 a 衰变B. i；N+ 2He Io+ ；H 是 3 盘变C.2H+ 3Hf 4He+ in是轻核聚变D.84Se-> 82k+ 2-°e 是重核裂变解析 a衰变是放射出氨核的天然放射现象，A正确；3衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错误；C项是轻核聚变，D项是3衰变现象，故C正确，D

22、错误。答案 AC2.核能的理解（多选）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（）A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B. 一重原子核衰变成a粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C.葩原子核（153Cs）的结合能小于铅原子核（ Pb）的结合能D.比结合能越大，原子核越不稳定解析 由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子 核的结合能，选项 A正确；重原子核的核子平均质量大于轻原子核的核子平均质量，因此 原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项B正确；葩原子核的核子数少，因此其结合能小，选项C正确；比结合能越大的

23、原子核越稳定，选项D错误。答案 ABC3.核能的计算质子、中子和笊核的质量分别为m、m和m,当一个质子和一个中子结合成笊核时，释放的能量是（c表示真空中的光速）（）A.（m+mm）cB.（mmm）cC. （m+n2m）c2D.（mm2m）c2解析由质能方程知，该反应释放核能AE= A mC2=(m+mm)c 2015 福建理综，30 (1)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是,故C对，A、B、D均错。答案 C4.核能与动量守恒的综合现有两动能均为 曰=0.35 MeV的2H在一条直线上相向运 动，两个2H发生对撞后能发生核反应，得到3He和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为2

24、He和新粒子的动能。已知2H的质量为2.014 1 u , 3He的质量为3.016 0 u ,新粒 子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损 1 u释放的核能约为 931 MeV (如果涉及计算， 结果保留整数)。则下列说法正确的是()A.核反应方程为1h+ 1+> ；He+ iHB.核反应前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为 3 MeVD.3He的动能约为4 MeV解析 由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知2H+2HR2He+ 0n,r则新粒子为中子0n,所以A错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律，B 错误；由题意可知 AE=

25、 (2.014 1 ux 23.016 0 u-1.008 7 u) X 931 MeV/u=3.3 MeV根据核反应中系统的能量守恒有E(He+&= 2Eo+A E,根据核反应中系统的动量、,p2 一，EkHe mn .m寸恒有PHePn=0,由E<=,可知 = 一 ,解得E(He= ( 2E)+AE)= 1 MeV,Ekn =2mEkn nHem+mHemHe一(2E0+AE) = 3 MeV,所以 C正确，D错误。 m+mHe答案 C随堂检测1. (2016 江苏单科)贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是()A. 4 174N+ 0e2351139951B. 92 U+ 0n- 53 I + 39丫+ 20n_ 2341C.1H+ 1HR 2He+ on427301A.丫射线是高速运动的电子流D.2He+ 13Al - 15P+ 0nB.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.21083Bi的半衰期是5天,100克21083Bi经过10天后还剩下50克3.（多选）氢原子能级如图6,当氢原子从n