《高考备考指南 物理 》课件-第2讲　原子结构　原子核

原子与原子核第十四章

第2讲原子结构原子核(本讲对应系统用书P306)栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1知识一

卢瑟福核式结构模型1.电子的发现：英国物理学家________发现了电子.

汤姆孙2.原子的核式结构(1)α粒子散射实验：1909—1911年，英国物理学家________和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿______方向前进，但有少数α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，如图所示.

卢瑟福原来(2)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________和几乎全部______都集中在核里，带负电的______在核外空间绕核旋转.

正电荷质量电子【自测1】下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置.小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线并射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列说法正确的是()A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转A知识二

氢原子光谱1.光谱：光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱.2.光谱分类

【自测2】太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线.产生这些暗线是由于()A.太阳表面大气层中缺少相应的元素B.太阳内部缺少相应的元素C.太阳表面大气层中存在着相应的元素D.太阳内部存在着相应的元素【解析】太阳光谱是太阳内部发出的光经过太阳大气时，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱.所以太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着太阳大气层中某些元素的特征谱线，C正确，A、B、D错误.C知识三

玻尔原子模型1.玻尔理论(1)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______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hν=__________.(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与电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是__________的，因此电子的可能轨道也是__________的.

不连续稳定Em-En不连续不连续

-13.6n2r14.氢原子的能级图

【自测3】右图是氢原子能级示意图.现有大量氢原子处于n=3能级上.下列说法正确的是()A.这些原子在跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量C

知识四

天然放射现象和原子核1.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.该现象首先被贝克勒尔发现.天然放射现象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α射线、β射线、________.

γ射线2.原子核(1)原子核的组成①原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________.

②原子核的核电荷数等于质子数，原子核的质量数=________数+中子数.(2)同位素：具有相同质子数不同中子数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.核子质子

5.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：①核力是强相互作用的一种表现.②核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内.③每个核子只跟与它相邻的核子有核力作用.6.核能(1)结合能：核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能.(2)比结合能①定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫________.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.根据爱因斯坦质能方程E=mc2，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=______.

Δmc2平均结合能

裂变聚变8.核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、__________守恒.

(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变.质量数【自测4】放射性元素衰变时可能放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()A.α射线、β射线、γ射线B.γ射线、β射线、α射线C.γ射线、α射线、β射线D.β射线、α射线、γ射线【解析】穿透能力最强的是γ射线，β射线次之，α射线最弱，B正确.B

题点各个击破2命题点一玻尔理论和能级跃迁［自修掌握类］1.定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n)高能级(m)→吸收能量：hν=Em-En.(2)从高能级(m)低能级(n)→放出能量：hν=Em-En.2.电离，电离态与电离能电离态：n=∞，E=0.基态→电离态：E吸>0-(-13.6eV)=13.6eV.激发态→电离态：E吸>0-En=|En|.若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.

1.(2023年新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用了两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34J·s，元电荷e=1.60×10-19C)()A.103Hz B.106HzC.109Hz D.1012HzB

2.(2023年江苏卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空.这对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义.如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态.该原子钟产生的钟激光的频率ν2为()

A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3D

【解析】原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ-EⅠ=hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ-EⅠ=hν1+hν2+hν3，联立解得ν2=ν0-ν1-ν3，D正确.3.(2022年浙江卷)下图为氢原子的能级图.大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子.用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠，则下列说法正确的是()

A.逸出光电子的最大初动能为10.80eVB.n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D.用0.85eV的光子照射，氢原子可跃迁到n=4激发态B

4.(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).根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子()A.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A

【解析】由图中可知n=2和n=1能级之间的能量差值为ΔE=E2-E1=-3.4

eV-(-13.6

eV)=10.2

eV，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，A正确.5.(2023年江苏卷)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线.硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ.若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子.已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c.求：(1)每个光子的动量p和能量E；(2)太阳辐射硬X射线的总功率P.

命题点二原子核的衰变及半衰期［自修掌握类］1.衰变规律及实质

(1)α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变过程衰变实质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个电子在匀强磁场中的轨迹形状

共同规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.

B

1.(2021年湖南卷)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理.下列说法正确的是()A.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B.原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C.改变压力、温度或浓度将改变放射性元素的半衰期D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害D

【解析】放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对少量原子核无意义，即放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，A错误.原子核衰变时满足电荷数守恒、质量数守恒，B错误.放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，C错误.过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，D正确.

C

3.(2021年全国卷Ⅰ)如图所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后生成稳定的原子核Y.在此过程中放射出电子的总个数为()A.6 B.8

C.10 D.14A

命题点三核反应及核反应类型［自修掌握类］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约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子类型可控性核反应方程典例重核裂变容易控制轻核聚变现阶段很难控制

AC

D

D

CD

命题点四质量亏损及核能的计算［师生共研类］1.利用质能方程计算核能(1)根据核反应方程计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能.质能方程ΔE=Δmc2中，Δm的单位用kg，c的单位用m/s，则Δ