1、第2講原子和原子核主干梳理 對點(diǎn)激活知識點(diǎn)原子結(jié)構(gòu)、光譜和能級躍遷1原子的核式結(jié)構(gòu) (1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家j.j.湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)：19091911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2光譜(1)光譜用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長

2、展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜，又叫原子的特征譜線。有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式r(n3,4,5，)，r是里德伯常量，r1.10107 m1，n為量子數(shù)。3氫原子的能級躍遷(1)玻爾理論定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。軌道量子化：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。原子能

3、量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量較高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hemen。(h是普朗克常量，h6.631034 js)(2)氫原子能級和半徑公式：ene1(n1,2，3，)，其中e1為基態(tài)能量，其數(shù)值為e113.6 ev。rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r10.531010 m。(3)氫原子的能級圖知識點(diǎn)天然放射性、原子核的組成、射線的危害和防護(hù)1.天然放射現(xiàn)象(1)概念：放射性元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核還具有復(fù)

4、雜的結(jié)構(gòu)。物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。放射性元素放射出的射線共有三種，分別是射線、射線、射線。(2)三種射線的比較射線名稱比較項(xiàng)目射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電量2ee0質(zhì)量4mp靜止質(zhì)量為零符號hee速度可達(dá)0.1c可達(dá)0.99cc垂直進(jìn)入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱較強(qiáng)最強(qiáng)對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱2原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)x元素的原子核的符號為x，其中a表示質(zhì)量數(shù)，z表示核電荷數(shù)。(3)原子核的核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)元素的原子序數(shù)中性原子的核外電子

5、數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)，質(zhì)子和中子都為一個(gè)單位質(zhì)量。(4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子。同位素在元素周期表中的位置相同，具有相同的化學(xué)性質(zhì)。3放射性的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。例如：alhepn，psie。有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類。(2)應(yīng)用：工業(yè)測厚、放射治療、作示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止過量射線對人體組織的傷害。知識點(diǎn)放射性元素的衰變1原子核的衰變(1)原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)分類衰變：xyhe；衰變：xy_01e。注：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生衰

6、變，有的發(fā)生衰變，同時(shí)伴隨著輻射。(3)兩個(gè)重要的衰變uthhe；thpae。2半衰期放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。3衰變、衰變和輻射的實(shí)質(zhì)(1)衰變：核內(nèi)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較緊密，作為一個(gè)整體從較大的原子核內(nèi)發(fā)射出來。(2)衰變：核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子。(3)輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級。放射性的原子核在發(fā)生衰變、衰變時(shí)，蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量會釋放出來，使產(chǎn)生的新核處于高能級，這時(shí)它要向低能級躍遷，能量以光子的形式輻射出來。因此射線經(jīng)常是伴隨射線和射線產(chǎn)生的。知識點(diǎn)核反應(yīng)方程1核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過

7、程，稱為核反應(yīng)。(2)核反應(yīng)中遵循兩個(gè)守恒規(guī)律，即質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。2衰變及核反應(yīng)的三種類型的比較類型可控性方程典例衰變衰變自發(fā)uthhe衰變自發(fā)thpae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?4 7nheoh(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)hebecn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)alhepn(約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素及正電子)psie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制unbakr3nunxesr10n輕核聚變除氫彈外無法控制hhhen知識點(diǎn)核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1核力(1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。(2)特點(diǎn)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)；每個(gè)核子只跟它鄰近的核子間

8、才有核力作用。2結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能。3比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。4質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程emc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能emc2。知識點(diǎn)裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆1重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。(2)特點(diǎn)裂變過程中能夠放出

9、巨大的能量。裂變的同時(shí)能夠放出23(或更多)個(gè)中子。裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。(3)典型的裂變反應(yīng)方程unkrba3n。(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。(6)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。(7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、慢化劑(如重水、石墨)、鎘棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度)、防護(hù)層。2輕核聚變(1)定義兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高

10、溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。(2)特點(diǎn)聚變過程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大3至4倍。聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈。聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更安全、清潔。自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。(3)典型的聚變反應(yīng)方程hhhen17.60 mev。一 堵點(diǎn)疏通1粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上。()2玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，也成功的解釋了氦原子光譜。()3氫原子可以吸收任何能量的光子而發(fā)生躍遷。()4氫原子光譜是線狀的，不連續(xù)的，波長只能是分立的值。()5射線中的電子來源于原子核外電子。()6目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應(yīng)發(fā)電。()

11、7人造放射性同位素被廣泛地應(yīng)用。()8核力是弱相互作用力。()9質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。()10質(zhì)量虧損說明在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)不守恒。()答案1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.二 對點(diǎn)激活1(人教版選修35p52實(shí)驗(yàn)改編)如圖所示為粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的a、b、c、d四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法不正確的是 ()a相同時(shí)間內(nèi)放在a位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多b相同時(shí)間內(nèi)放在b位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在a位置時(shí)少得多c放在c、d位置時(shí)屏上觀察不到閃光d放在d位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少答案c解析根據(jù)粒

12、子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此在a位置觀察到的閃光次數(shù)最多，故a正確；少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因此從a到d觀察到的閃光次數(shù)會逐漸減少，因此b、d正確，c錯(cuò)誤。2(2019湖南岳陽高三二模)關(guān)于巴耳末公式：r(n3,4,5)，理解正確的是()a式中n只能取整數(shù)，r稱為巴耳末常量b巴耳末線系的4條譜線位于紅外區(qū)c在巴耳末線系中n值越大，對應(yīng)的波長越短d巴耳末線系的4條譜線是氫原子從n2的能級向n3、4、5、6能級躍遷時(shí)輻射產(chǎn)生的答案c解析此公式中n不可以取任意值，只能取整數(shù)，且為3,4,5，n為量子數(shù)，r稱為里德伯常量，故a錯(cuò)誤；根據(jù)巴耳末公式：r，可知n值越大

13、，對應(yīng)的波長越短，故c正確；巴耳末線系的4條譜線位于可見光區(qū)，其余譜線位于紫外光區(qū)，故b錯(cuò)誤；巴耳末線系的4條譜線是氫原子從n3,4,5,6能級向n2能級躍遷時(shí)產(chǎn)生的，故d錯(cuò)誤。3(人教版選修35p63t3改編)(2016北京高考)處于n3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時(shí)，輻射光的頻率有()a1種 b2種 c3種 d4種答案c解析處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為c，所以處于n3能級的大量氫原子向低能級躍遷，輻射光的頻率有c3種，故c項(xiàng)正確。4(多選)下列說法正確的是()a陰極射線和射線的本質(zhì)都是電子流，在原子內(nèi)的來源是相同的b太陽輻射的能量主要來源于太陽中的裂變反應(yīng)c射線的

14、貫穿本領(lǐng)比射線強(qiáng)d紅外線的波長比x射線的波長長答案cd解析陰極射線和射線的本質(zhì)都是電子流，但是陰極射線的來源是原子核外的電子，而射線的來源是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的電子，故a錯(cuò)誤；太陽輻射的能量主要來源于太陽中的聚變反應(yīng)，故b錯(cuò)誤；射線的貫穿本領(lǐng)比射線強(qiáng)，故c正確；紅外線的波長比x射線的波長長，故d正確。5(人教版選修35p73t5改編)已知釷234(th)衰變產(chǎn)生pa，半衰期是24天，下列說法正確的是()a.th發(fā)生的是衰變b極低溫條件下th的衰變會變慢c1 g釷經(jīng)過120天后還剩0.03125 gd32個(gè)釷原子核th經(jīng)過72天后還剩4個(gè)答案c解析由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知衰變方程

15、為thpae，是衰變，a錯(cuò)誤；原子核的衰變快慢與所處物理狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，b錯(cuò)誤；m余m原1 g0.03125 g，c正確；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，少數(shù)核的衰變不適用，d錯(cuò)誤。6(人教版選修35p78t2改編)下列核反應(yīng)方程正確的是()a.nahexh，x為mgb.alheyn，y為pc.onmh，m為nd.sihnn，n為p答案d解析由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知x為mg，y為p，m為n，n為p，故a、b、c錯(cuò)誤，d正確。7(多選)鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)被定名為核裂變。1947年我國科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧在實(shí)驗(yàn)中觀察到鈾核也可以分裂為三部分或四部分。關(guān)于鈾核的裂變，

16、下列說法正確的是()a裂變的產(chǎn)物不是唯一的b裂變的同時(shí)能放出23個(gè)或更多個(gè)中子c裂變能夠釋放巨大能量，每個(gè)核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的大d裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積(即臨界體積)時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去答案abd解析因鈾核也可以分裂為三部分或四部分，可知裂變的產(chǎn)物不是唯一的，a正確；裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在裂變的同時(shí)能放出23個(gè)或更多個(gè)中子，這些中子再轟擊其他鈾核發(fā)生裂變，b正確；裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積(即臨界體積)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去，d正確。在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多，但每個(gè)核子平均釋放的能量在聚變反應(yīng)中一般比在裂變反應(yīng)中的大，c錯(cuò)誤。8(人教版選修35p81例

17、題改編)已知中子的質(zhì)量是mn1.67491027 kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp1.67261027 kg，氦核的質(zhì)量m6.64671027 kg，真空中光速c3.00108 m/s。(1)寫出2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成氦核的核反應(yīng)方程；(2)求氦核的平均結(jié)合能。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)2h2nhe(2)1.091012 j解析(1)核反應(yīng)方程為：2h2nhe。(2)該反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為：m2mn2mpm0.04831027 kg，該反應(yīng)釋放的核能emc20.0483102791016 j4.3471012 j，平均結(jié)合能為 j1.091012 j。考點(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu)考點(diǎn)1氫原子能級圖及原

18、子躍遷1.對原子躍遷條件hemen的說明(1)原子躍遷條件hemen只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 ev(或|en|)時(shí)，也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 ev(或|en|)時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。(3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實(shí)物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(eemen)，均可使原子發(fā)生能級躍遷。2躍遷中兩個(gè)易混問題(1)一群原子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電

19、子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會有各種情況出現(xiàn)了。(2)直接躍遷與間接躍遷原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的。直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸收)的所有光子的能量和。3氫原子躍遷時(shí)電子動能、電勢能與原子能量的變化規(guī)律(1)電子動能變化規(guī)律從公式上判斷，電子繞氫原子核運(yùn)動時(shí)靜電力提供向心力，即km，所以ekn，隨r增大而減小。從庫侖力做功上判斷，當(dāng)軌道

20、半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，故電子的動能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，電子的動能增大。(2)原子的電勢能的變化規(guī)律通過庫侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。利用原子能量公式eneknepn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，原子能量增大，電子動能減小，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，原子能量減小，電子動能增大，原子的電勢能減小。例1(2019福建南平二模)氫原子能級如圖所示，則下列說法正確的是()a氫原子能級越高原子的能量越大，電子繞核運(yùn)動的軌道半徑越大，動能也越大b用動能為12.3 ev的電

21、子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到n2的能級c用光子能量為12.3 ev的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，氫原子有可能躍遷到n2的能級d用光子能量為1.75 ev的可見光照射大量處于n3能級的氫原子時(shí)，氫原子不能發(fā)生電離(1)入射電子的能量大于能級差，原子能躍遷嗎？提示：能。(2)氫原子能量越大，軌道半徑是越大還是越??？提示：越大。嘗試解答選b。根據(jù)玻爾理論，氫原子能級越高原子的能量越大，電子繞核運(yùn)動的軌道半徑越大，根據(jù)km可知動能越小，a錯(cuò)誤；因12.3 ev大于n2能級和n1能級的能量差10.2 ev，則用動能為12.3 ev的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到n2的能級

22、，b正確；因12.3 ev不等于n2能級和n1能級的能量差，則用光子能量為12.3 ev的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，光子的能量不能被氫原子吸收，則氫原子不能躍遷到n2的能級，c錯(cuò)誤；用光子能量為1.75 ev的可見光照射大量處于n3能級的氫原子時(shí)，由于1.75 ev1.51 ev，氫原子能發(fā)生電離，d錯(cuò)誤。解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的注意事項(xiàng)(1)氫原子處在各能級的能量值是負(fù)值。(2)注意區(qū)分氫原子吸收光子和實(shí)物粒子的能量的條件，區(qū)分定態(tài)間躍遷和電離。(3)氫原子自發(fā)躍遷譜線條數(shù)的計(jì)算一個(gè)n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n1)。一群n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)：a

23、用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：nc。b利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。變式11(2019安徽蚌埠高三二模)氫原子的能級公式為ene1(n1,2,3，)，其中基態(tài)能量e113.6 ev，能級圖如圖所示。大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)，由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為0.96e1，則n和可能發(fā)出的頻率最小的光子能量分別為()an5,0.54 ev bn5,0.31 evcn4,0.85 ev dn4,0.66 ev答案b解析由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為0.96e1，則e0.96e1ene1，所以處于量子數(shù)為n

24、的激發(fā)態(tài)氫原子的能量為en0.04e1e1，即處在n5能級；大量處于n5能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可能發(fā)出的所有光子中，頻率最小的光子的能量為e0.54 ev(0.85 ev)0.31 ev，故b正確，a、c、d錯(cuò)誤。變式12如圖所示是氫原子的能級示意圖。當(dāng)氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)會輻射一定頻率的光子，以下判斷不正確的是()a一個(gè)處于n3能級的氫原子，自發(fā)躍遷時(shí)最多能發(fā)出3種不同頻率的光子b根據(jù)玻爾理論可知，氫原子輻射出一個(gè)光子后，氫原子的電勢能減小，核外電子動能增大c大量處于n4能級的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)，輻射的光子能量最大為12.75 evd用能量為11.0 ev的電子轟擊基態(tài)氫原子能使

25、其躍遷到高能級答案a解析一個(gè)氫原子和一群氫原子躍遷情況不同，一個(gè)處于n3能級的氫原子可從n3能級躍遷到n2能級，再由n2能級躍遷到n1能級，最多輻射兩種頻率的光子，a錯(cuò)誤；氫原子輻射光子后，由高能級躍遷到低能級，電子軌道半徑減小，動能增大，總能量減小，電勢能減小，b正確；由能級躍遷條件可知，大量處于n4能級的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)，輻射的光子能量最大的是從n4能級向n1能級躍遷，由hemen，可得最大能量為13.6 ev0.85 ev12.75 ev，c正確；電子能量大于10.2 ev，則可以使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷，d正確?？键c(diǎn)2原子核的衰變、半衰期1.確定衰變次數(shù)的方法(1)設(shè)放射性元素x經(jīng)過n次衰

26、變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素y，則表示該核反應(yīng)的方程為xynheme。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程aa4nzz2nm。(2)因?yàn)樗プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。2對半衰期的理解(1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式n余n原，m余m原式中n原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，n余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，表示半衰期。(2)半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，描述的是大量原子核衰變的規(guī)律。(3)放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合

27、物)無關(guān)。例2(2019陜西省高三第二次聯(lián)考)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()a若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小b有6個(gè)放射性元素的原子核，當(dāng)有3個(gè)發(fā)生衰變所需的時(shí)間就是該元素的半衰期c在、衰變中伴隨產(chǎn)生射線，衰變前后的核子數(shù)不變但存在質(zhì)量虧損d鈾核(u)衰變?yōu)殂U核(pb)的過程中，要經(jīng)過8次衰變和10次衰變(1)半衰期對于少數(shù)原子核有意義嗎？提示：沒有，半衰期是大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(2)如何計(jì)算衰變次數(shù)？提示：依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。嘗試解答選c。半衰期由原子核自身決定，與外界因素?zé)o關(guān)，故a錯(cuò)誤；半衰期是描述大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少數(shù)的原子核沒有意義，b錯(cuò)誤；在、衰

28、變中伴隨產(chǎn)生射線，衰變前后的核子總數(shù)不變，因衰變釋放能量，根據(jù)emc2可知，衰變前后存在質(zhì)量虧損，故c正確；由質(zhì)量數(shù)守恒知23820648，即經(jīng)過8次衰變，再由電荷數(shù)守恒知9282286，即經(jīng)過6次衰變，故d錯(cuò)誤。1原子核衰變、半衰期的易錯(cuò)點(diǎn)(1)半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，只有對大量的原子核才成立，對少數(shù)的原子核無意義。(2)經(jīng)過一個(gè)半衰期，有半數(shù)原子核發(fā)生衰變變?yōu)槠渌镔|(zhì)，而不是消失。(3)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的外部條件及所處化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。2原子核衰變過程中，粒子、粒子和新原子核在磁場中的軌跡靜止的原子核在勻強(qiáng)磁場中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，衰變時(shí)兩圓外切，衰變時(shí)兩圓內(nèi)切

29、，根據(jù)動量守恒定律m1v1m2v2和r知，半徑小的為新核，半徑大的為粒子或粒子，其特點(diǎn)對比如下表：衰變xyhe勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓外切，粒子軌跡半徑大衰變xye勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓內(nèi)切，粒子軌跡半徑大變式21(2019湖南衡陽二模)在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個(gè)相切圓半徑分別為r1、r2，則下列說法正確的是()a原子核可能發(fā)生衰變，也可能發(fā)生衰變b徑跡2可能是衰變后新核的徑跡c若衰變方程是uthhe，則衰變后新核和射出的粒子的動能之比為1172d若衰變方程是uthhe，則r1r2145答案d解析原子核衰變過程中系

30、統(tǒng)動量守恒，衰變生成的兩粒子的動量方向相反，由左手定則可知，若生成的兩粒子電性相反，則在磁場中的軌跡為內(nèi)切圓，若電性相同，則在磁場中的軌跡為外切圓，由題圖知原子核發(fā)生衰變，故a錯(cuò)誤；原子核原來靜止，初動量為零，由動量守恒定律可知，原子核衰變生成的兩粒子動量p大小相等，方向相反，粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvbm，解得：r，由于p、b相同，則粒子的電荷量q越大，軌道半徑越小，由于新核的電荷量大，所以新核的軌道半徑小于粒子的軌道半徑，所以徑跡1為新核的運(yùn)動軌跡，故b錯(cuò)誤；由動能與動量的關(guān)系ek，所以動能之比等于質(zhì)量的反比，即為2117，故c錯(cuò)誤；由b項(xiàng)分析知

31、，r1r2290145，故d正確。變式22(2019陜西榆林高三第三次模擬改編)目前，在居家裝修中，經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝修材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石都會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放出、射線，這些射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道方面的疾病，根據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是()a衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生并發(fā)射出來的b射線是原子核外電子電離形成的質(zhì)子流，它具有很強(qiáng)的穿透能力c已知氡的半衰期為3.8天，則8個(gè)氡核經(jīng)過7.6天后還剩2個(gè)d發(fā)生衰變時(shí)，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4答案a解析衰

32、變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生并發(fā)射出來的，射線是電子流，它的穿透能力強(qiáng)于射線，弱于射線，穿透能力中等，故a正確，b錯(cuò)誤；半衰期對少數(shù)原子核不適用，故c錯(cuò)誤；發(fā)生衰變時(shí)，電荷數(shù)減少2(即質(zhì)子數(shù)減少2)，質(zhì)量數(shù)減少4，故中子數(shù)減少2，故d錯(cuò)誤?？键c(diǎn)3核反應(yīng)方程與核反應(yīng)類型1.核反應(yīng)方程的理解(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭“”連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化。(4)核反應(yīng)

33、遵循電荷數(shù)守恒。2衰變及三種核反應(yīng)類型的特征(1)衰變：原子核自發(fā)地放出粒子或粒子并生成一個(gè)新核。特征是方程左邊只有一個(gè)原子核，生成物有粒子或粒子。(2)人工轉(zhuǎn)變：用粒子轟擊原子核產(chǎn)生新的原子核。特征是有粒子轟出。(3)裂變：用粒子轟擊重核，產(chǎn)生幾個(gè)中等質(zhì)量的核。特征是方程左邊必須有轟擊粒子和重核，且生成物有幾個(gè)中等核。(4)聚變：兩個(gè)輕核結(jié)合成較重的核。特征是方程左邊有兩個(gè)輕核(復(fù)合聚變方程可能有多個(gè)輕核)，方程右邊有較重的核生成。3有關(guān)核反應(yīng)方程的主要題型(1)判斷核反應(yīng)的生成物。(2)判斷核反應(yīng)類型。(3)判斷核反應(yīng)是否成立。例3(2019河南安陽二模)下列說法正確的是()a.uthx中

34、x為中子，核過程類型為衰變b.hhhey中y為中子，核過程類型為人工核轉(zhuǎn)變c.unxesrk，其中k為10個(gè)中子，核過程類型為重核裂變d.7nheoz，其中z為氫核，核過程類型為輕核聚變(1)衰變、衰變方程的特點(diǎn)是什么？提示：方程左邊只有一個(gè)原子核，方程右邊除有新核，還生成粒子或粒子。(2)裂變、聚變方程的特征是什么？提示：裂變方程左邊是一個(gè)轟擊粒子和一個(gè)重核，方程右邊是幾個(gè)中等質(zhì)量的核；聚變方程左邊是兩個(gè)輕核，方程右邊生成一個(gè)質(zhì)量較大的核。嘗試解答選c。根據(jù)衰變及核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，a過程中的x質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為粒子，核過程類型為衰變，a錯(cuò)誤；b反應(yīng)中的y質(zhì)量數(shù)為1

35、，電荷數(shù)為0，為中子，核過程類型為輕核聚變，b錯(cuò)誤；c反應(yīng)中的k質(zhì)量總數(shù)為10，電荷數(shù)為0，為10個(gè)中子，核過程類型為重核裂變，c正確；d反應(yīng)中的z質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為質(zhì)子，核過程類型為人工核轉(zhuǎn)變，d錯(cuò)誤。衰變及核反應(yīng)方程書寫及類型判斷的易錯(cuò)點(diǎn)(1)熟記常見粒子及原子核的符號是正確書寫衰變及核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)，如質(zhì)子(h)、中子(n)、粒子(he)、粒子(e)、正電子(e)、氘核(h)、氚核(h)等。(2)掌握衰變及核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律是正確書寫衰變及核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)衰變或核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，所以要理解、應(yīng)用好質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(3)生成物中有粒子的不一定是衰變，生成

36、物中有粒子的不一定是衰變，需認(rèn)清衰變、裂變、聚變、人工轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。變式31(2018北京高考)在核反應(yīng)方程henox中，x表示的是()a質(zhì)子 b中子 c電子 d粒子答案a解析設(shè)x為x，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒：41417a，則a1，電荷數(shù)守恒：278z，則z1，即x為h，為質(zhì)子，故a正確，b、c、d錯(cuò)誤。變式32現(xiàn)有幾個(gè)核反應(yīng)方程及衰變方程：a.uthheb.nheohc.hhhend.sekr2ee.unxkr3nf.namgeg.hebecn(1)_是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，_是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，_是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程，_是衰變方程，_是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程。(2)e項(xiàng)中x的質(zhì)量數(shù)為

37、_，中子數(shù)為_。答案(1)gecadfb(2)14488解析(1)g為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；e是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；c是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程；a是衰變方程，df是衰變方程；b是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程。(2)x的質(zhì)量數(shù)為(2351)(893)144，x的質(zhì)子數(shù)為923656，x的中子數(shù)為1445688?？键c(diǎn)4核能1.質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即emc2。方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)

38、減少，即emc2。(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收的能量為emc2。2核能釋放的兩種途徑的理解中等大小的原子核的比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。由比結(jié)合能較小的核反應(yīng)生成比結(jié)合能較大的核會釋放能量，核能釋放一般有兩種途徑：(1)使較重的核分裂成中等大小的核；(2)使較小的核結(jié)合成中等大小的核。3計(jì)算核能的兩種常用方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)過程中虧損的質(zhì)量乘以真空中光速的平方，即emc2，質(zhì)量的單位為千克。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 mev的能量，得em931.5 mev/u，質(zhì)量的單位是原子質(zhì)量單位。例4(多選)近幾年一些國家積極發(fā)

39、展“月球探測計(jì)劃”，該計(jì)劃中的科研任務(wù)之一是探測月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.0136 u，氦3的質(zhì)量為3.0150 u，氦核的質(zhì)量為4.00151 u，質(zhì)子質(zhì)量為1.00783 u，中子質(zhì)量為1.008665 u,1 u相當(dāng)于931.5 mev。則下列說法正確的是()a一個(gè)氘和一個(gè)氦3的核聚變反應(yīng)釋放的核能約為17.9 mevb氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：hhehex，其中x是質(zhì)子c因?yàn)榫圩儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少d目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進(jìn)行核聚變

40、反應(yīng)發(fā)電(1)判斷x是哪種粒子依據(jù)是什么？提示：電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。(2)怎樣計(jì)算核能？提示：先計(jì)算質(zhì)量虧損m，再由emc2求核能。嘗試解答選ab。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知x為質(zhì)子，故b正確。根據(jù)質(zhì)能方程知emc2(2.0136 u3.0150 u4.00151 u1.00783 u)931.5 mev/u17.9 mev，故a正確。因?yàn)榫圩儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量減小，但是其總質(zhì)量數(shù)不變，c錯(cuò)誤；目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用重核裂變反應(yīng)發(fā)電，d錯(cuò)誤。故選a、b。計(jì)算核能的幾種方法(1)根據(jù)emc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，e的

41、單位是“j”。(2)根據(jù)em931.5 mev/u計(jì)算。因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 mev的能量，所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”，e的單位是“mev”。(3)根據(jù)平均結(jié)合能來計(jì)算核能原子核的結(jié)合能平均結(jié)合能核子數(shù)。反應(yīng)前后原子核的結(jié)合能之差即釋放(吸收)的核能。(4)有時(shí)可結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律進(jìn)行分析計(jì)算?？傊?，關(guān)于結(jié)合能(核能)的計(jì)算，應(yīng)根據(jù)題目的具體情況合理選擇核能的求解方法，且計(jì)算時(shí)要注意各量的單位。變式41(2017全國卷)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：hhhen。已知h的質(zhì)量為2.0136 u，he的質(zhì)量為3.01

42、50 u，n的質(zhì)量為1.0087 u,1 u931 mev/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()a3.7 mev b3.3 mevc2.7 mev d0.93 mev答案b解析在核反應(yīng)方程hhhen中，反應(yīng)前物質(zhì)的質(zhì)量m122.0136 u4.0272 u，反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量m23.0150 u1.0087 u4.0237 u，質(zhì)量虧損mm1m20.0035 u。則氘核聚變釋放的核能為e9310.0035 mev3.3 mev，b正確。變式42(2019福建省泉州市一模)重核裂變的一個(gè)核反應(yīng)方程為unxesrxn，已知u、xe、sr的平均結(jié)合能分別為7.6 mev、8.4 mev、8.7 me

43、v，則()a該核反應(yīng)方程中x10b.u的中子數(shù)為92c該核反應(yīng)釋放9.5 mev的能量d.u的平均結(jié)合能比xe小，u比xe更穩(wěn)定答案a解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，x10，故a正確；u的質(zhì)子數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，所以中子數(shù)為143，故b錯(cuò)誤；反應(yīng)前的總結(jié)合能e17.6 mev2351786 mev，反應(yīng)后的總結(jié)合能e28.4 mev1368.7 mev901925.4 mev，e1e2，故該反應(yīng)釋放能量，釋放的能量ee2e1139.4 mev，故c錯(cuò)誤；平均結(jié)合能越大，表示原子核越穩(wěn)定，故d錯(cuò)誤。高考模擬 隨堂集訓(xùn)1(2019全國卷)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63 ev3.10 e

44、v的光為可見光。要使處于基態(tài)(n1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()a12.09 evb10.20 evc1.89 evd1.51 ev答案a解析可見光光子的能量范圍為1.63 ev3.10 ev，則氫原子能級差應(yīng)該在此范圍內(nèi)，可簡單推算如下：2、1能級差為10.20 ev，此值大于可見光光子的能量；3、2能級差為1.89 ev，此值屬于可見光光子的能量，符合題意。氫原子處于基態(tài)，要使氫原子達(dá)到第3能級，需提供的能量為1.51 ev(13.60 ev)12.09 ev，此值也是提供給氫原子的最少能量，a正確。2(2019全國卷)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為4hhe2e2已知h和he的質(zhì)量分別為mp1.0078 u和m4.0026 u,1 u931 mev/c2，c為光速。在4個(gè)h轉(zhuǎn)變成1個(gè)he的過程中，釋放的能量約為()a8 mev b16 mevc26 mev d52 mev答案c解析因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計(jì)算中可忽略不計(jì)。質(zhì)量虧損m4mpm，由質(zhì)能方程得em