高考物理一轮复习第十三章第2节原子结构原子核课件

第2节原子结构原子核一、卢瑟福核式结构模型1.J.J.汤姆孙的“枣糕”模型.J.J.汤姆孙(1)1897年__________发现电子，提出原子的“枣糕”模型，揭开了人类研究原子结构的序幕.均匀

(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷_______分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里.2.卢瑟福的“核式结构”模型.(1)α粒子散射实验装置：如图13-2-1所示.图13-2-1实验规律卢瑟福的分析__________α粒子仍沿原来的方向前进原子中绝大部分是空隙少数α粒子发生了较大的偏转，极少数的偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°α粒子碰到了质量比自己大得多的带正电的物质，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的范围内(2)α粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析.绝大多数径约为10－15～10－14m；原子的半径约为10－10m.(3)原子核式结构模型.原子核①在原子的中心有一个很小的核，叫__________.②原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里.③带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.(4)原子核的大小：从α粒子散射实验的数据估算出原子核的半

3.质子和中子统称______，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的__________数等于其质子数与中子数的和.具有相同质子数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素.核子质量定态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稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它________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＝6.626×10－34J·s)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________的二、玻尔原子模型1.三条假设.不连续辐射Em－En不连续2.氢原子的能级、能级公式.(1)氢原子的能级图(如图13-2-2所示).图13-2-2E1半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.(2)氢原子的能级和轨道半径.

1n2－13.6eV

①氢原子的能级公式：En＝________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝___________. ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1

为基态三、天然放射现象、原子核的组成1.天然放射现象.贝克勒尔(1)天然放射现象.放射性αβγ

元素自发放出射线的现象，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________.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、________射线、________射线.2.原子核.质子中子质子数中子数(1)原子核的组成.①原子核由_______和_______组成，质子和中子统称为核子.②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝_______＋________.质子数中子数

(2)同位素：具有相同________、不同________的原子，在元素周期表中的位置相同.同位素具有相同的化学性质.

四、原子核的衰变和半衰期

1.原子核的衰变. (1)原子核放出粒子或吸收粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.(2)分类.2.半衰期.半数(1)定义：放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间.(2)衰变规律：N＝N0__________、m＝m0__________.(3)影响因素：由______________因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关.原子核内部②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内.五、核力、核能、质能方程、质量亏损、核反应1.核力.核子(1)定义：原子核内部，________间所特有的相互作用力.(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现.③每个核子只跟它的相邻核子间有核力作用.2.核能.放出吸收核子数大牢固

(1)结合能.

核子结合为原子核时________的能量或原子核分解为核子时________的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能. (2)比结合能. ①定义：原子核的结合能与________之比，叫做比结合能，也叫做平均结合能. ②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越________，表示原子核中核子结合得越________，原子核越稳定.3.质能方程、质量亏损.

爱因斯坦质能方程E＝________，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝________. 4.原子核的人工转变.(1)质子的发现.mc2Δmc2质子(2)中子的发现.(3)放射性同位素的人工合成.中子5.重核的裂变.

(1)重核是指________很大的原子核. (2)重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应叫做重核的裂变.在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量.

铀235裂变时，同时放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫________反应.铀235能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的________体积.质量数链式临界

6.轻核的聚变. (1)轻核是指质量数________的原子核，如氢核、氦核等. (2)某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的________，同时放出大量的能量.

轻核聚变只能发生在超高温条件下，故轻核聚变也叫做热核反应.很小聚变【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.(上.(

)(2)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道

)(3)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝En.()(4)如果某放射性元素的原子核有40个，经过一个半衰期后还剩20个.()(5)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量.()答案：(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×2.(2023年天津卷)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是()A.核聚变需要在高温下进行B.核聚变中电荷不守恒C.太阳质量不变

解析：因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，A正确.核聚变中电荷是守恒的，B错误.因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知太阳质量减小，错误.答案：A

3.(2022年上海模拟)放射性元素镭在衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，进入匀强电场中的偏转)图13-2-3情况如图13-2-3所示，由此可推断( A.①表示γ射线，③表示α射线

B.①表示γ射线，③表示β射线

C.②表示γ射线，③表示α射线

D.②表示γ射线，③表示β射线

解析：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线在磁场中一定不偏转，②为γ射线.电场中，α射线向右偏，β射线向左偏，①为β射线，③为α射线.故C正确.答案：C

解析：同位素之间质子相同，中子不同，可知质量数不同，C正确.

答案：C热点1氢原子能级及能级跃迁[热点归纳]1.两类能级跃迁：(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子.(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)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n－1).(2)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数的两种求解方法：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.

3.氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律：

随n增大而增大，随n减小而减小，其中E1＝－13.6eV. (2)电子动能变化规律. ①从公式上判断.电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即

②从库仑力做功上判断.当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小；反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子动能增大.(3)原子的电势能的变化规律

①通过库仑力做功判断.当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大；反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小.

②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断.当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大；反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小.考向1氢原子跃迁过程中的特点【典题1】(2022年北京卷)氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子()A.放出光子，能量增加C.吸收光子，能量增加B.放出光子，能量减少D.吸收光子，能量减少

解析：氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少.

答案：B思路导引激发态能量高于基态，氢原子从某激发态跃迁到基态能量减少，原因是以光子的形式放出能量，此过程电子动能变大，电势能减小.

考向2氢原子跃迁过程中光谱线的能量关系

【典题2】(2023年湖北卷)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射.该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2eV).根据如图12-2-4所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子()图12-2-4A.n＝2和n＝1能级之间的跃迁B.n＝3和n＝1能级之间的跃迁C.n＝3和n＝2能级之间的跃迁D.n＝4和n＝2能级之间的跃迁

解析：由图中可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁.答案：A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4mp，mp＝1.67×10-27kg

mp1836静止质量为零热点2原子核的衰变规律考向1三种射线[热点归纳](1)三种射线的比较：种类α射线β射线γ射线速度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(续表)(2)α衰变、β衰变的比较：

【典题3】科学家们利用14C测年法估测出我国三星堆遗址三号坑的大概年份：距今3148—2966年的商代晚期.其测量依据是：大气中的14N在宇宙射线的照射下转换为14C，其核反应方程为内，生物活着的时候其体内12C和14C的比例保持不变，当生物死后，14C发生衰变，其含量逐渐减少，14C的半衰期约为5730年，A.14C与14N具有相同的中子数B.14C发生的是β衰变C.生物活着时体内14C不会发生衰变D.改变待测物体所处环境的温度，可能会改变14C的半衰期

解析：14C的中子数是8个，14N的中子数是7个，A错误.根所以14C发生的是β衰变，B正确.衰变是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学等状态无关，C错误.放射性元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，D错误.答案：B考向2衰变次数的确定方法[热点归纳]

方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射和电荷数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m由以上两式联立解得A－A′A－A′n＝4，m＝2＋Z′－Z

由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组.

方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数.A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经过4次α衰变和6次β衰变D.共经过6次α衰变和4次β衰变

解析：钍核中共有90个质子，142个中子，铅核中共有82个质子，126个中子，故铅核比钍核少8个质子，少16个中子，

错误，D正确.

答案：ABD热点3半衰期[热点归纳]1.半衰期公式：2.半衰期的物理意义：

半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大.3.半衰期的适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变.答案：C热点4核反应方程考向1核反应的四种类型[热点归纳](续表)(续表)

【典题6】(2022

年广东佛山月考)2021年9月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家.说法正确的是()图13-2-5D.核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电

解析：根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍232变成跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，B错误.整个过程中释放能量，的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，D错误.

答案：A易错分析衰变是原子核的衰变，α辐射实际上是α衰变，只可能发生在原子核内部，不可能发生在原子的外层电子跃迁的过程中.考向2核反应方程式的书写[热点归纳]

2.掌握核反应遵守的规律，是正确书写核反应方程式或判断某个核反应方程式是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以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.【典题7】(多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4

代表α粒子的有()

答案：BD热点5质能方程与核能的计算[热点归纳]1.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，物体的质量增大，能量增大；物体的质量减少，能量减少.

(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＝Δmc2.2.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

计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV

的能量，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.

【典题8】(2022

年广东广州模拟)2020年1月10日，黄旭华获2019年国家最高科学技术奖.他是中国第一代核潜艇总设计师，成功研制了我国第一代核潜艇，为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越作出了卓越的贡献.核潜艇是以核反应堆(如图13-图13-2-6C.根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损D.要能发生链式反应，铀块的体积应小于临界体积

解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X元素的电荷数(质子数)为p＝56，质量数q＝144，则含有144－56＝88个中裂变过程质量发生亏损，C正确.要能发生链式反应，铀块的体积应大于临