1、聽課手冊(cè) 第31講 原子和原子核.數(shù)卿識(shí)拆理回扣敦材對(duì)直檢測(cè)-【辨別明理】(1)原子中絕大部分是空的，原子核很小.()(2) 核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福在a粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的.()(3) 氫原子光譜是由一條一條亮線組成的.()原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)射實(shí)螫_ 的核式結(jié)構(gòu)模醱嚴(yán)子拓，軌道個(gè)徴竝爾模羽定態(tài)何設(shè)I躍遷假?zèng)]:公或右(4) 玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，也成由_和中子組成組成 核電荷數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù) 也等于核外_ 數(shù)核質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi) _數(shù)與中子數(shù)之和公式質(zhì)能方程核能獲取途徑 _ 裂變、_聚變功地解釋了氦原子光譜.()(5) 按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上()(6) 人們認(rèn)

2、識(shí)原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的()(7) 人們認(rèn)識(shí)原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的()(8) 如果某放射性元素的原子核有 100 個(gè)，經(jīng)過一個(gè)半衰期后還剩 50 個(gè)()(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.()考點(diǎn)互動(dòng)探究 A J i - JMEW*一kiC= 1 = 1B-M - M = = * g-芳向明確-O考點(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)1.a粒子散射實(shí)驗(yàn) 19091911 年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用a粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)a粒子 發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度

3、甚至大于 90。，也就是說它們幾乎被“撞”了回來衰變氦核類型衰變電子核衰變衰變高頻電磁波定義原子核半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間半衰期相關(guān)因素由因素決定與物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)圖 31-12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).例 1 如圖 31-2 所示是盧瑟福的a粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置.在一個(gè)小鉛盒里放有少量的 放射性元素釙，它發(fā)出的a粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn).下列說法正確的是（）圖 31-2A.該實(shí)驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B .該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模

4、型的正確性C.a粒子與原子中的電子碰撞會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D. 絕大多數(shù)的a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)變式題 1 在a粒子散射實(shí)驗(yàn)中，電子對(duì)a粒子運(yùn)動(dòng)的影響可以忽略.這是因?yàn)榕c粒子相比，電子的（）A.電荷量太小B.速度太小C.體積太小 D.質(zhì)量太小變式題 2 2015 安徽卷如圖 31-3 所示是a粒子（氦原子核）被重金屬原子核散射的運(yùn)動(dòng)軌跡,M、N、P、Q 是軌跡上的四點(diǎn)，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子 核靜止不動(dòng).圖中所標(biāo)出的a粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是（）A.M 點(diǎn) B.N 點(diǎn) C.P 點(diǎn) D.Q 點(diǎn)O 考點(diǎn)二玻爾理論和氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu)（1）氫原子從高能級(jí)（能量為 Ei）向低能級(jí)（能量為 E2）

5、躍遷，輻射的光子能量hv=E-E2；反之原子從低能級(jí)吸收光子能量 hv則向高能級(jí)躍遷,hv=E-E2.輻射或 吸收的光子能量一定等于原子的能級(jí)差.（2）氫原子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)或其他較低能級(jí)躍遷，具有隨機(jī)性，一個(gè)原子會(huì)有多種 可能的躍遷.一群氫原子處于激發(fā)態(tài)，則各種可能的躍遷都會(huì)發(fā)生，所以會(huì)同時(shí)得 到氫原子輻射的全部光子種類.如一群處于量子數(shù)為 n 的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到 基態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜條數(shù)（即頻率數(shù)）為一，而單個(gè)處于量子數(shù)為 n 的激發(fā) 態(tài)的氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)，最多可能輻射出的光譜條數(shù)為 n-1.（3）只有光子能量恰好等于躍遷所需的能量（hv=EE2）時(shí)，原子才吸收光子并躍遷到激發(fā)態(tài)；

6、當(dāng)照射光子的能量大于基態(tài)能級(jí)的絕對(duì)值（即電離能）時(shí),光子一定能被原子吸收并使之電離，剩余能量為自由電子的動(dòng)能.實(shí)物粒子與原子作用時(shí)，若使原子獲得足夠的能量，則也能使原子電離 例 2（多選）如圖 31-4 所示是氫原子的能級(jí)圖，一群氫原子處于 n=3 能級(jí)，下列說法中正確的是（）H/eV0-0.85-1.51- 皿圖 31-4A. 這群氫原子躍遷時(shí)能夠發(fā)出 3 種不同頻率的光子B. 這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為 10.2 eVC. 從 n=3 能級(jí)躍遷到 n=2 能級(jí)時(shí)發(fā)出的光波長(zhǎng)最大D. 這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級(jí)躍遷 變式題 1圖 31-5甲為氫原子的能級(jí)圖，圖乙為氫

7、原子的光譜圖已知譜線 b 是氫原子從 n=5 的能級(jí)直接躍遷到 n=2 的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線，則譜線 a 可能是氫原Fe * * Q-04U-H5-1512-3.4L13.6甲圖 31-5A.從 n=2 的能級(jí)躍遷到 n=1 的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線B.從 n=3 的能級(jí)直接躍遷到 n=1 的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線C. 從 n=4 的能級(jí)直接躍遷到 n=1 的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線D. 從 n=4 的能級(jí)直接躍遷到 n=2 的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線變式題 2 2018 浙江金華十校聯(lián)考如圖 31-6 所示是氫原子的能級(jí)圖.處于基態(tài)的氫原子被某外來單色光激發(fā)后躍遷到n=5 能級(jí),然后發(fā)出光線.已知普朗克常量41

8、0.29乙h=6.63X10-34J-s,則()他E/eVa - 05-.544-0.B53- UI2 -3.401-13.60圖 31-6A. 該外來單色光的能量為 12.75 eVB. 該氫原子發(fā)射的所有譜線中，最長(zhǎng)的波長(zhǎng)為 4000 nmC. 該氫原子發(fā)射的所有譜線中，最短波長(zhǎng)的光子動(dòng)量為 6.97X0-27kg - m/sD. 該氫原子發(fā)射的光照射逸出功為3.34 eV 的金屬鋅，光電子最大初動(dòng)能約為9.72 eV要點(diǎn)總結(jié) .氫原子能級(jí)圖與氫原子躍遷問題的解答技巧(1)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的.(2) 能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由 hv=E-En求得,而

9、波長(zhǎng)可由公式c=入求得.(3) 一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n -1)條.(4) 一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N=利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加.0 考點(diǎn)三原子核的衰變及射線1 .衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)(1)a衰變、B衰變的比較衰變類型a衰變B衰變衰變過程X-Y HeXY-e2 個(gè)質(zhì)子和 2 個(gè)中子1 個(gè)中子轉(zhuǎn)化為 1 個(gè)質(zhì)子和 1 個(gè)電子衰變實(shí)質(zhì)結(jié)合成一個(gè)整體射出H+ n HenH-e勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡Qj形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒(2) 丫射線：丫射線經(jīng)常伴隨著a衰變或B衰變同時(shí)

10、產(chǎn)生.其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在 發(fā)生a衰變或B衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā) 態(tài))而輻射出光子.2.確定衰變次數(shù)的方法因?yàn)锽衰變對(duì)質(zhì)量數(shù)無影響，所以先由質(zhì)量數(shù)的改變確定a衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定B衰變的次數(shù).3半衰期公式:N余=N原-m余=m原-.（2）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，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)、化合物）無關(guān).例 3 2017 全國(guó)卷口 一靜止的鈾核放出一個(gè)a粒子衰變成釷核，衰變方程為U ThHe,下列說法正確的是（）A. 衰變后釷核的動(dòng)能等于a粒子的動(dòng)能B. 衰變后釷核的動(dòng)量大小等于a

11、粒子的動(dòng)量大小C. 鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)a粒子所經(jīng)歷的時(shí)間D. 衰變后a粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量變式題 一個(gè)靜止的鈾核放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它發(fā)生一次a衰變后變?yōu)殁Q核，a粒子和 釷核都在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).某同學(xué)作出如圖 31-7 所示的運(yùn)動(dòng)徑跡示意 圖，以下判斷正確的是（）圖 31-7A.1 是a粒子的徑跡,2 是釷核的徑跡B.1 是釷核的徑跡,2 是a粒子的徑跡C.3 是a粒子的徑跡,4 是釷核的徑跡D.3 是釷核的徑跡,4 是a粒子的徑跡例 4 2018 寧波中學(xué)模擬如圖 31-8 所示是盧瑟福設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他在鉛塊上鉆了一個(gè)小孔，孔內(nèi)放入一點(diǎn)鐳，使射線只能從這個(gè)

12、小孔里發(fā)出，隨后他將射線引 入磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)射線立即分成三股，他把三束射線分別命名為a射線、B射線、丫射線基于對(duì)這三種射線的深入分析，盧瑟福獲得了 1907 年的諾貝爾獎(jiǎng).以下對(duì)這 三束射線描述準(zhǔn)確的是()A.a射線的穿透能力最弱，容易被物體吸收B.B射線在真空中的運(yùn)動(dòng)速度是光速C. 丫射線本質(zhì)上是波長(zhǎng)極短的電磁波，電離能力極強(qiáng)D.B射線帶負(fù)電，是來自鐳原子的核外電子變式題 在很多裝飾材料中都不同程度地含有放射性元素.下列說法正確的是()A.a射線、B射線和丫射線都是電磁波B. 在a、B、三種射線中，丫射線的電離能力最強(qiáng)C. 氡的半衰期為 3.8 天,4 個(gè)氡原子核經(jīng)過 7.6 天后一定只剩下

13、1 個(gè)氡原子核D. 放射性元素發(fā)生B衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生諂樣品住小圖 31-8要點(diǎn)總結(jié)三種射線的比較種類a射線B射線丫射線組成高速氦核流高速電子流光子流（高頻電磁波）帶電荷量2e-e0（續(xù)表）種類a射線B射線丫射線質(zhì)量4mp,mp=1.67X10-27kg靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cC（光速）在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與a射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板最強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱O考點(diǎn)四核反應(yīng)類型及核能計(jì)算1核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變a衰變自發(fā)UTh HeB衰變自發(fā)ThPa-e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯?/p>

14、控制N HeO H（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）He BeC n（查德威克發(fā)現(xiàn)中子）Al HeP n約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子PSi e重核裂變谷易控制UnBaKr+ nUnXe Sr+1 n輕核聚變很難控制H H He n2核能的計(jì)算方法根據(jù)AE=Amc2計(jì)算時(shí),Am 的單位是 kg,c 的單位是 m/s,AE 的單位是 J.（2）根據(jù)AE=AmX931.5 MeV 計(jì)算時(shí),Am 的單位是 u,AE 的單位是 MeV.（3）根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能=核子的比結(jié)合能X核子數(shù).核反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該核反應(yīng)所釋放（

15、或吸收）的核能.例 5 2016 全國(guó)卷I在下列描述核過程的方程中，屬于a衰變的是_，屬于B衰變的是_，屬于裂變的是 _ ,屬于聚變的是_ .（填正確答案標(biāo)號(hào)）A.CN_eB.PS_eC.UTh HeD.NHeO HE.UnXe Sr+ nF.HHHe n變式題2017 天津卷我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率 先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn).下列核反應(yīng)方程 中屬于聚變反應(yīng)的是人造太陽(yáng)1核心那祥首獲“際認(rèn)證圖 31-9A.HHHe nB.NHeOHC. HeAlPnD.UnBaKr+ n例 6 2017 全國(guó)卷大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋

16、放的能量 用來發(fā)電.氘核聚變反應(yīng)方程是 H H He n.已知 H 的質(zhì)量為 2.013 6u He 的質(zhì)量為 3.015 0 u n 的質(zhì)量為 1.008 7 u ,1 u=931 MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為（）A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV D.0.93 MeV變式題 1 侈選）原子核的比結(jié)合能曲線如圖 31-10 所示.根據(jù)該曲線，下列判斷正確的是（）A.He 核的結(jié)合能約為 14 MeVB.He 核比 Li 核更穩(wěn)定C. 兩個(gè) H 核結(jié)合成 He 核時(shí)釋放能量D.U 核中核子的平均結(jié)合能比Kr 核中的大變式題 2 盧瑟福用a粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)為N He O H.已知氮核的質(zhì)量為 mN=14.007 53 u,氧核的質(zhì)量為 mo= 17.004 54 u,氦核質(zhì)量為 mHe=4.003 87 u,質(zhì)子（氫核）質(zhì)量為 mp=1.008 15 u.（1 u 質(zhì)量對(duì)應(yīng) 931 MeV能量，結(jié)果保留兩位