高三物理一轮复习 3531：原子结构原子核课件

考纲展示高考瞭望知识点要求原子核式结构模型，氢原子光谱Ⅰ1.原子的核式结构、玻尔理论、能级公式、氢原子的能级跃迁这部分内容在

选做部分出现的几率将会提高，既可

能单独出现，也可能与选修3—5中的

其他内容联合命题．2.半衰期、质能方程的应用、计算以及

核反应方程的书写是高考的热点问

题，这部分内容较为简单，在学习中

要注意抓好基本知识．3.裂变、聚变及三种射线，这部分内容

在高考命题中可能结合动量守恒．在

2011年的高考中，核反应、核能与动

量守恒的综合仍是热点.原子的能级Ⅰ原子核的组成、原子核的衰变、半衰期Ⅰ放射性的应用与防护、放射性同位素Ⅰ核力、核反应方程Ⅰ结合能、质量亏损Ⅰ重核、裂变、核聚变Ⅰ第三章原子结构原子核考纲展示高考瞭望知识点要求原子核式结构模型，氢原

一、原子结构

1．原子核式结构模型

(1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．第1讲原子结构原子核(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大

，极少数α粒子甚至被反弹回来．(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的原子核，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．偏转正电荷质量一、原子结构第1讲原子结构原子核(2)α2．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

的，电子虽然绕核运动，但并不向外

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

的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量h＝6.63×10－34J·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．稳定辐射一定频率2．玻尔理论稳定辐射一定频率

认识原子结构的线索：气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型 玻尔模型. 认识原子结构的线索：气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤3．氢原子的能级、能级公式

(1)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量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r1＝0.53×10－10m.3．氢原子的能级、能级公式(2)氢原子的能级图，如图3－1－1.①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级．③相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小．④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En.(2)氢原子的能级图，如图3－1－1.1.如图3－1－2所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是(

) A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光

D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少1.如图3－1－2所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射解析：α粒子散射实验的结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转．因此，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、极少数，故A、D正确．答案：AD解析：α粒子散射实验的结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上一、天然放射现象1．天然放射现象：某些元素

放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称

．2．三种射线的本质：α射线是

，β射线是

，γ射线是

．自发地放射性元素氦核流电子流电磁波一、天然放射现象自发地放射性元素氦核流电子流电磁波3．三种射线的比较种类α射线β射线γ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2e－e0质量4mpmp＝1.67×10－27

kg静止质量为零符号

γ速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转3．三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米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产生机制核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核抛射出来核内的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子贯穿本领最弱较强最强对空气的很强较弱很弱在空气中粗、短、直细二、原子核的衰变1．原子核衰变规律衰变类型α衰变β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、质量数守恒二、原子核的衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程衰变实质2个2.确定衰变次数的方法 方法一：设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为：.

根据电荷数守恒和质量守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.

方法二：确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．2.确定衰变次数的方法3．对半衰期的理解

(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原t/τ，m余＝m原t/τ

式中N原、m原表示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，τ表示半衰期．

(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．3．对半衰期的理解

三、放射性同位素及其应用和防护

1．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．2．应用

(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；

(2)烟雾报警器的使用——利用射线的电离作用，增加烟雾导电离子浓度；

(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽等；

(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．三、放射性同位素及其应用和防护2．应用3．放射性污染与防护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γ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3．放射性污染与防护污染与防护举例与措施说明核爆炸核爆炸的四、核反应、核力和核能1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发

β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

轻核聚变除氢弹外无法控制

四、核反应、核力和核能类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自2.核力与核能

(1)核力 ①含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核． ②特点

a．核力是强相互作用的一种表现；

b．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．(2)核能①质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．2.核力与核能(2)核能a．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2；b．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＝Δmc2.②获得方式：重核裂变和轻核聚变聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍．a．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少2．如图3－1－3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图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，请问图乙中的检查是利用了______射线．解析：由图甲可知γ射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕．答案：γ图3－1－32．如图3－1－3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图3．(2009·天津，6)下列说法正确的是(

)

解析：选项A、D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确． 答案：BD3．(2009·天津，6)下列说法正确的是()4．(2009·重庆，16)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的 两个核反应方程为

方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表： 以下推断正确的是(

)

原子核

质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.00014．(2009·重庆，16)某科学家提出年轻热星体中核聚变的 A．X是，Q2>Q1 B．X是，Q2>Q1

C．X是，Q2<Q1 D．X是，Q2<Q1

解析：由核反应过程中必须遵守的质量数守恒和核电荷数守恒知X是

.放出热量分别为Q1和Q2的两个核反应中质量亏损分别为0.0021u和0.0053

u，故Q2>Q1.

答案：B A．X是，Q2>Q1 B．X是5.如图3－1－4所示，印度第一艘自主研发的核潜艇于2009年7月26日正式下水，成为世界第六个拥有核潜艇的国家．核动力潜艇是潜艇中的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇．在核反应中有一种是一个原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为 ，则下列叙述正确的是(

)图3－1－45.如图3－1－4所示，印度第一艘自主研发的核潜艇于2009A．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，质量数不守恒解析：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，而是亏损的质量以能量的形式释放，C错．答案：AA．X原子核中含有54个质子6．(2009·浙江，15)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：在原子核大小范围内，有强相互作用存在即核力是最大的，由于质子的质量比较小，由万有引力定律和库仑定律可知，库仑力比万有引力大，所以选D.

答案：D点击此处进入作业手册6．(2009·浙江，15)氦原子核由两个质子与两个中子组成考纲展示高考瞭望知识点要求原子核式结构模型，氢原子光谱Ⅰ1.原子的核式结构、玻尔理论、能级公式、氢原子的能级跃迁这部分内容在

选做部分出现的几率将会提高，既可

能单独出现，也可能与选修3—5中的

其他内容联合命题．2.半衰期、质能方程的应用、计算以及

核反应方程的书写是高考的热点问

题，这部分内容较为简单，在学习中

要注意抓好基本知识．3.裂变、聚变及三种射线，这部分内容

在高考命题中可能结合动量守恒．在

2011年的高考中，核反应、核能与动

量守恒的综合仍是热点.原子的能级Ⅰ原子核的组成、原子核的衰变、半衰期Ⅰ放射性的应用与防护、放射性同位素Ⅰ核力、核反应方程Ⅰ结合能、质量亏损Ⅰ重核、裂变、核聚变Ⅰ第三章原子结构原子核考纲展示高考瞭望知识点要求原子核式结构模型，氢原

一、原子结构

1．原子核式结构模型

(1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．第1讲原子结构原子核(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大

，极少数α粒子甚至被反弹回来．(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的原子核，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．偏转正电荷质量一、原子结构第1讲原子结构原子核(2)α2．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

的，电子虽然绕核运动，但并不向外

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

的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量h＝6.63×10－34J·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．稳定辐射一定频率2．玻尔理论稳定辐射一定频率

认识原子结构的线索：气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型 玻尔模型. 认识原子结构的线索：气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤3．氢原子的能级、能级公式

(1)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量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r1＝0.53×10－10m.3．氢原子的能级、能级公式(2)氢原子的能级图，如图3－1－1.①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级．③相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小．④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En.(2)氢原子的能级图，如图3－1－1.1.如图3－1－2所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是(

) A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光

D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少1.如图3－1－2所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射解析：α粒子散射实验的结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转．因此，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、极少数，故A、D正确．答案：AD解析：α粒子散射实验的结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上一、天然放射现象1．天然放射现象：某些元素

放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称

．2．三种射线的本质：α射线是

，β射线是

，γ射线是

．自发地放射性元素氦核流电子流电磁波一、天然放射现象自发地放射性元素氦核流电子流电磁波3．三种射线的比较种类α射线β射线γ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2e－e0质量4mpmp＝1.67×10－27

kg静止质量为零符号

γ速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转3．三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米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产生机制核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核抛射出来核内的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子贯穿本领最弱较强最强对空气的很强较弱很弱在空气中粗、短、直细二、原子核的衰变1．原子核衰变规律衰变类型α衰变β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、质量数守恒二、原子核的衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程衰变实质2个2.确定衰变次数的方法 方法一：设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为：.

根据电荷数守恒和质量守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.

方法二：确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．2.确定衰变次数的方法3．对半衰期的理解

(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原t/τ，m余＝m原t/τ

式中N原、m原表示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，τ表示半衰期．

(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．3．对半衰期的理解

三、放射性同位素及其应用和防护

1．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．2．应用

(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；

(2)烟雾报警器的使用——利用射线的电离作用，增加烟雾导电离子浓度；

(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽等；

(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．三、放射性同位素及其应用和防护2．应用3．放射性污染与防护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γ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3．放射性污染与防护污染与防护举例与措施说明核爆炸核爆炸的四、核反应、核力和核能1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发

β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

轻核聚变除氢弹外无法控制

四、核反应、核力和核能类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自2.核力与核能

(1)核力 ①含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核． ②特点

a．核力是强相互作用的一种表现；

b．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．(2)核能①质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．2.核力与核能(2)核能a．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2；b．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＝Δmc2.②获得方式：重核裂变和轻核聚变聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍．a．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少2．如图3－1－3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图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，请问图乙中的检查是利用了______射线．解析：由图甲可知γ射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕．答案：γ图3－1－32．如图3－1－3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图3．(2009·天津，6)下列说法正确的是(

)

解析：选项A、D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确． 答案：BD