第2講原子結構原子核高考總復習2025考點一原子結構和氫原子光譜強基礎?固本增分1.原子結構(1)電子的發現:英國物理學家J·J·湯姆孫發現了電子。(2)α粒子散射實驗:1909年,英國物理學家

和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗,實驗發現絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿

方向前進,但有少數α粒子發生了大角度偏轉,極少數α粒子偏轉的角度甚至大于90°,也就是說它們幾乎被“撞”了回來。

(3)原子的核式結構模型:在原子中心有一個很小的核,原子全部的_______

和幾乎全部

都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。

盧瑟福原來正電荷質量2.氫原子光譜(1)光譜:用棱鏡或光柵可以把光按波長(頻率)展開,獲得光的

(頻率)和強度分布的記錄,即光譜。

(2)光譜分類:①線狀譜是一條條的

。

②連續譜是連在一起的

。

波長亮線光帶(3)氫原子光譜的實驗規律:②氫光譜在紅外和紫外光區的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式。×√√√研考點?精準突破典題1(多選)關于盧瑟福的原子核式結構,下列敘述正確的是(

)A.原子是一個質量分布均勻的球體B.原子的質量幾乎全部集中在原子核內C.原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內D.原子直徑的數量級大約是10-10m,原子核直徑的數量級是10-15mBD解析

原子的質量幾乎全部集中在原子核內,A錯誤,B正確;原子中,原子核帶正電,核外電子帶負電,C錯誤;原子直徑的數量級是10-10

m,原子核直徑的數量級是10-15

m,D正確。典題2

關于α粒子散射實驗,下述說法正確的是(

)A.在實驗中觀察到的現象是絕大多數α粒子穿過金箔后,仍沿原來方向前進,少數發生了較大偏轉,極少數偏轉超過90°,有的甚至被彈回接近180°B.使α粒子發生明顯偏轉的力來自帶正電的核及核外電子,當α粒子接近核時是核的排斥力使α粒子發生明顯偏轉,當α粒子接近電子時,是電子的吸引力使之發生明顯偏轉C.實驗表明原子中心有一個極小的核,它占有原子體積的極小部分,實驗事實肯定了湯姆孫的原子結構模型D.實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質量A解析

在實驗中觀察到的現象是絕大多數α粒子穿過金箔后,仍沿原來方向前進,少數發生了較大偏轉,極少數偏轉超過90°,有的甚至被彈回接近180°,所以A正確;使α粒子發生明顯偏轉的力是來自帶正電的核,當α粒子接近核時,核的排斥力使α粒子發生明顯偏轉,電子對α粒子的影響忽略不計,所以B錯誤;實驗表明原子中心有一個極小的核,它占有原子體積的極小部分,實驗事實否定了湯姆孫的原子結構模型,所以C錯誤;實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電及絕大部分質量,所以D錯誤。考點二玻爾理論能級躍遷強基礎?固本增分1.玻爾理論(1)定態假設:電子只能處于一系列

的能量狀態中,在這些能量狀態中電子繞核的運動是

的,電子雖然繞核運動,但并不產生電磁輻射。(2)躍遷假設:電子從能量較高的定態軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態軌道(能量記為Em,m<n)時,會放出能量為hν的光子,這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定,即hν=

。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)

(3)軌道量子化假設:原子的不同能量狀態跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應。原子的定態是

,因此電子的可能軌道也是

。

不連續

穩定En-Em不連續的

不連續的

2.能級躍遷(1)能級和半徑公式①能級公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態能量,其數值為E1=

eV。

②半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態軌道半徑,其數值為r1=0.53×10-10m。-13.6(2)氫原子的能級圖,如圖所示

×√××研考點?精準突破1.兩類能級躍遷(1)自發躍遷:高能級→低能級,釋放能量,發射光子。(2)受激躍遷:低能級→高能級,吸收能量。①吸收光子的能量必須恰好等于能級差hν=ΔE。(注意:當入射光子能量大于該能級的電離能時,原子對光子吸收不再具有選擇性,而是吸收以后發生電離)②碰撞、加熱等:只要入射粒子能量大于或等于能級差即可,E外≥ΔE。2.光譜線條數的確定方法(1)一個氫原子躍遷發出可能的光譜線條數最多為n-1。(2)一群氫原子躍遷發出可能的光譜線條數3.電離(1)電離態:n=∞,E=0。(2)電離能:指原子從基態或某一激發態躍遷到電離態所需要吸收的最小能量。例如:氫原子從基態→電離態E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV(3)若吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還具有動能。典題3(2023山東卷)“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發射升空,對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系,原子吸收頻率為ν0的光子從基態能級Ⅰ躍遷至激發態能級Ⅱ,然后自發輻射出頻率為ν1的光子,躍遷到鐘躍遷的上能級2,并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1,實現受激輻射,發出鐘激光,最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態。該原子鐘產生的鐘激光的頻率ν2為(

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

根據能級圖可得hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,選項A、B、C錯誤,D正確。典題4(2023湖北卷)2022年10月,我國自主研發的“夸父一號”太陽探測衛星成功發射。該衛星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應的光子能量為10.2eV)。根據如圖所示的氫原子能級圖,可知此譜線來源于太陽中氫原子(

)A.n=2和n=1能級之間的躍遷B.n=3和n=1能級之間的躍遷C.n=3和n=2能級之間的躍遷D.n=4和n=2能級之間的躍遷A解析

由能級圖可知n=2和n=1的能級之間的能量差為ΔE=E2-E1=-3.4

eV-(-13.6

eV)=10.2

eV,與探測到的譜線對應的光子能量相等,故可知此譜線來源于太陽中氫原子n=2和n=1能級之間的躍遷。選項A正確。考點三原子核的衰變及半衰期強基礎?固本增分1.天然放射現象放射性元素自發地放出

的現象,首先由貝克勒爾發現。天然放射現象的發現,說明原子核內部是有結構的。

2.原子核的組成:原子核是由質子和中子組成的,原子核的電荷數等于核內的質子數。射線

3.原子核的衰變

質量數和電荷數守恒(1)衰變:原子核自發地放出α粒子或β粒子,變成另一種

的變化。(2)分類

半衰期是統計學概念,對少數原子核不成立(3)半衰期:放射性元素的原子核有

發生衰變所需的時間。半衰期由原子核內部自身的因素決定,跟原子所處的化學狀態和外部條件無關。

原子核

半數

4.放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類,放射性同位素的化學性質相同。(2)應用:射線測厚儀,放射治療,培優、保鮮,作

原子等。

(3)防護:防止放射性對人體組織的破壞。示蹤

√×××研考點?精準突破1.α衰變、β衰變的比較

2.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統計規律,對個別或少量原子核,無半衰期可言。(2)根據半衰期的概念,可總結出公式

。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量,N余、m余表示衰變后尚未發生衰變的放射性元素的原子數和質量,t表示衰變時間,τ表示半衰期。3.衰變次數的計算方法則A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上兩式即可求出m和n。考向一

原子核的衰變

A解析

原子核

衰變成為穩定的原子核

,質量數減小了28,則經過了7次α衰變,中間生成的新核的質量數可能為231,227,223,219,215,211,則發生β衰變的原子核的質量數為上述各數,B、C、D錯誤,根據核反應的質量數和電荷數守恒可知,A正確。考向二

半衰期

D考點四核反應及核能的計算強基礎?固本增分1.核力和核能(1)核力

短程力,只存在于相鄰的核子間原子核內部,

所特有的相互作用力。

(2)核能①核子在結合成原子核時出現質量虧損Δm,其對應的能量ΔE=

。

②原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應的質量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2。核子間

Δmc2

2.裂變反應和聚變反應(1)重核裂變①定義:質量數較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核的過程。③鏈式反應:重核裂變產生的

使核裂變反應一代接一代繼續下去的過程。

④臨界體積和臨界質量:核裂變物質能夠發生鏈式反應的

體積及其相應的質量。

⑤裂變的應用:原子彈、核電站。⑥反應堆構造:核燃料、減速劑、

、防護層。

中子

最小鎘棒(2)輕核聚變①定義:兩個輕核結合成質量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在

下進行,因此又叫熱核反應。

高溫×√提示

4.2×109

kg解析

根據核反應過程中,釋放的核能與質量虧損的關系得ΔE=Δmc2太陽每秒釋放的能量為ΔE=PΔt則太陽每秒失去質量為研考點?精準突破1.核反應的四種類型

2.核能的計算方法(1)根據ΔE=Δmc2計算,計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。(2)根據ΔE=Δm×931.5MeV/u計算。因1原子質量單位(1u)相當于931.5MeV的能量,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。考向一

核反應方程典題7(2024七省適應性測試江西物理)在恒星演化末期會發生俗稱“燒石頭”的核聚變反應,其核反應方程為,則(

)A.Z=26,A=52B.Z=26,A=28C.Z=14,A=52D.Z=14,A=28D解析

在核反應過程中,由核電荷數守恒和質量數守恒得Z+7×2=28,A+7×4=56,解得Z=14,A=28,故選D。考向二

核能的計算典題