第73讲原子结构原子核（讲义）（原卷版）

第73讲原子结构原子核目录复习目标网络构建考点一波尔理论【夯基·必备基础知识梳理】知识点1三个基本假设知识点2两类跃迁问题和电离知识点3跃迁产生的谱线条数【提升·必考题型归纳】考向1谱线条数的确定考向2受激跃迁和电离考向3与光电效应相结合考点二原子核的衰变和半衰期【夯基·必备基础知识梳理】知识点1三种射线的比较知识点2α衰变、β衰变的比较知识点3半衰期的理解【提升·必考题型归纳】考向1α衰变、β衰变考向2半衰期的理解及应用考点三核反应方程与核能的计算【夯基·必备基础知识梳理】知识点1核反应的四种类型知识点2核能的计算方法知识点3对质能方程的理解【提升·必考题型归纳】考向1核反应方程及应用考向2核能的计算真题感悟理解和掌握氢原子的玻尔理论。理解和掌握原子核的衰变规律、半衰期和核能的计算。考点要求考题统计考情分析（1）氢原子的玻尔理论（2）原子核2023年湖北卷第1题2023年山东卷第1题2023年重庆卷第6题高考对原子结构和原子核的考查较为频繁，大多以选择题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础。考点一波尔理论知识点1三个基本假设1.能级假设：氢原子能级En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n为量子数．2.跃迁假设：hν＝Em－En(m>n)．3.轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n为量子数．知识点2两类跃迁问题和电离1.氢原子能级跃迁①从低能级(n)eq\o(→,\s\up7(跃迁))高能级(m)：动能减少，势能增加，原子能量增加，吸收能量，hν＝Em－En.②从高能级(m)eq\o(→,\s\up7(跃迁))低能级(n)：动能增加，势能减少，原子能量减少，放出能量，hν＝Em－En.2.受激跃迁有两种方式：①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝Em－En。[注意]对于大于电离能的光子可被吸收，可将原子电离。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≥Em－En。3．电离：指原子从基态(n＝1)或某一激发态(n≥2)跃迁到n＝∞状态的现象。(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。对于氢原子：①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV，即为基态的电离能。②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV，即为n＝2激发态的电离能。[注意]如果原子吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有一部分动能。知识点3跃迁产生的谱线条数1.一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类：。2.一个原子的核外电子向基态跃迁时发射最多光子的种类：。考向1谱线条数的确定1．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是（）

A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光的频率最小C．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应D．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最大考向2受激跃迁和电离2．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出多种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子。下列说法正确的是（）A．最多可放出6种频率不同的光子，全部属于巴耳末系B．放出的光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到n=3激发态时产生的C．用动能为12.7eV的电子撞击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁至n=4的激发态D．用能量为2.56eV的光子照射处于n=2能级的氢原子，可以使它跃迁到n=4的激发态考向3与光电效应相结合3．如图所示，图甲为氢原子能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子。其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙。下列说法正确的是（）

A．用能量为的光子照射，可使处于基态的氢原子电离B．阴极K金属的逸出功为C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比D．一个处于能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光考点二原子核的衰变和半衰期知识点1三种射线的比较种类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)电荷量2ee0质量4mp,mp=1.67×1027kgm静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场、磁场中偏转与α射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱知识点2α衰变、β衰变1.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程

Z

Z衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H+

0衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.衰变次数的计算方法若

ZAX→Z'A则A=A'+4n,Z=Z'+2nm解以上两式即可求出m和n。知识点3半衰期的理解1.半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。2.根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。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考向1α衰变、β衰变1．天然放射性元素Th（钍）经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb（铅）。下列判断中正确的是（）A．衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B．铅核比钍核少8个质子C．β衰变所放出的电子来自原子核内质子与中子间的转化D．钍核比铅核多24个中子考向2半衰期的理解及应用2．2023年8月24日日本向太平洋排放核污水后，近百名日本民众游行抗议核污水排海计划，同时也导致许多国家禁止进口日本水产品。核污水中的放射性元素对人类社会和海洋生态环境健康的潜在威胁难以估量，其中核反应之一为，的半衰期为28年，下列说法正确的是（）A．该核反应中发生了衰变B．环境温度升高，分子热运动剧烈程度增大，的半衰期减小C．100个原子核经过28年，只剩50个原子核未衰变D．的比结合能比的比结合能大考点三核反应方程与核能的计算知识点1核反应的四种类型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

92238Uβ衰变自发

90234Th→91人工转变人工控制

714N

24He+4

1327Al+2(约里奥居里夫妇发现放射性同位素)

1530P重核裂变比较容易进行人工控制

92235U+01

92235U+01n轻核聚变很难控制

12H2.核反应方程的书写(1)熟记常见粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆,因此书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。知识点2核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE=Δm×931.5MeV/u计算。因1原子质量单位(1u)相当于931.5MeV,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能=核子比结合能×核子数。知识点3对质能方程的理解(1)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: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。(3)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。考向1核反应方程及应用1．2023年3月23日，“点燃中国的人造太阳”核聚变能源科普系列活动在北京一零一中学启动。活动旨在激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培养学生群体的科技热情与爱国情怀。下列核反应方程式中，表示重核裂变过程的是（）A．B．C．D．考向2核能的计算2．钚（）静止时衰变为激发态和α粒子，激发态铀核立即衰变为稳态铀核，并放出能量为的γ光子。已知钚、稳态轴核和α粒子的质量分别记为，和，衰变放出光子的动量可忽略且该过程释放的核能除去γ光子的能量外全部转化为和α粒子的动能。在匀强磁场中衰变产生的和α粒子，两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（）A．和α粒子在磁场中匀速圆周运动轨迹为外切圆B．的比结合能大于的比结合能C．的动能为D．α粒子的动能为1．（2023年广东卷高考真题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响。下列说法正确的是（

）A．Y是粒子，射线穿透能力比射线强B．Y是粒子，射线电离能力比射线强C．Y是粒子，射线穿透能力比射线强D．Y是粒子，射线电离能力比射线强2．（2