高考物理一輪復(fù)習(xí)原子結(jié)構(gòu)原子核教案(含解析)滬科版

3課時(shí)原子構(gòu)造原子核[知識(shí)梳理]學(xué)問點(diǎn)一、氫原子光譜、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式1．原子的核式構(gòu)造電子的覺察：英國(guó)物理學(xué)家湯姆生覺察了電子。α粒子散射試驗(yàn)：1909～1911盧瑟福和他的助手進(jìn)展了用α粒子轟擊金箔的試驗(yàn)，試驗(yàn)覺察絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后根本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)α90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。(3)原子的核式構(gòu)造模型：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光按波長(zhǎng)開放，獲得光的波長(zhǎng)(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。有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。(3)氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律1巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式

＝1－1，(＝3,4,5，…)，R＝1.10×17m1，n3．玻爾理論

λ 2

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(dòng)，但并不向外輻射能量。躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸取肯定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差打算，即hν＝E－E。(＝1E

(n＝1,2,3，…)，其中E

為基態(tài)E＝－13.6eV。1

n 21 1②氫原子的半徑公式：r＝r(＝1,2,3，…)，其中

為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其n 1 1r＝0.53×10－10m。1學(xué)問點(diǎn)二、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。自然放射現(xiàn)象122自然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾覺察。自然放射現(xiàn)象的覺察，說明原子核具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造。放射性和放射性元素物質(zhì)放射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ 射線。放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)①放射性同位素：有自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(xué)性質(zhì)一樣。②應(yīng)用：消退靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。③防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的損害。原子核的衰變?chǔ)力铝Ｗ樱兂闪硪环N原子核的變化稱為原子核的衰變。分類α衰變：AX→A－4Y＋4HeZ Z－2 2β衰變：AX→AY＋0eZ Z＋1 －1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。半衰期由原子核內(nèi)部的因素打算，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。學(xué)問點(diǎn)三、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損核力(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)：①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；1.5×10－15m③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。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)吸取的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能。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)合得越結(jié)實(shí)，原子核越穩(wěn)定。質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程＝mΔ量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能Δ＝Δm。學(xué)問點(diǎn)四、裂變反響和聚變反響、裂變反響堆核反響方程重核裂變定義：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。典型的裂變反響方程：235U＋1n→89Kr＋144Ba＋31n。92 0 36 56 0鏈?zhǔn)椒错懀河芍睾肆炎儺a(chǎn)生的中子使裂變反響一代接一代連續(xù)下去的過程。(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒错懙淖钚◇w積及其相應(yīng)的質(zhì)量。(5)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反響堆。(6)反響堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。2．輕核聚變定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反響過程。輕核聚變反響必需在高溫下進(jìn)展，因此又叫熱核反響。典型的聚變反響方程：2H＋3H→4He＋1n＋17.6MeV1 1 2 0思維深化推斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”。α粒子散射試驗(yàn)說明白原子的正電荷和絕大局部質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上。( )En

的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子輻射的光子能量為hν＝E。( )n氡的半衰期為3.8天，假設(shè)取4個(gè)氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個(gè)原子核了。( (4)核反響遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，同時(shí)遵循電荷數(shù)守恒。( )(5)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。( )答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×[題組自測(cè)]題組一原子的核式構(gòu)造模型1．(多項(xiàng)選擇)關(guān)于原子構(gòu)造，以下說法正確的選項(xiàng)是( )A．玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律B．盧瑟福核式構(gòu)造模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性C．盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)說明原子內(nèi)部存在帶負(fù)電的電子Dα粒子散射試驗(yàn)否認(rèn)了湯姆生關(guān)于原子構(gòu)造的“西瓜模型”10解析玻爾提出的原子模型能很好地解釋氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律；盧瑟福核式構(gòu)造模型不能解釋原子的穩(wěn)定性；盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)說明原子具有核式構(gòu)造，否認(rèn)了湯姆生關(guān)于原子構(gòu)造的“西瓜模型”，故A、DB、C答案AD在盧瑟福α 粒子散射試驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，以下各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)受金箔散射過程的徑跡，其中正確的選項(xiàng)是( )解析金箔中的原子核與α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、Dα粒子的斥力作用及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，知曲線軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向受力一方，選項(xiàng)BC答案C題組二氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷2E1于激發(fā)態(tài)E，則以下說法正確的選項(xiàng)是( )3

AE，氫原子B處22A3B3AB發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4BA發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4解析原子AEE，只輻射一種頻率的光子，ABE躍2 1 3E1

可能輻射三種頻率的光子，B對(duì)。由原子能級(jí)躍遷理論可知，原子A可能吸取BEE時(shí)放出的光子并躍遷到EE，CA原子發(fā)出的光子3 2 3 4ΔE＝E－EE－EB不行能躍遷到能級(jí)E，D2 1 4 3 4答案B依據(jù)玻爾原子構(gòu)造理論，氦離子(He＋)的能級(jí)圖如圖3所示。電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離 (選填“近”或“遠(yuǎn)”)當(dāng)大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于躍遷所放射的譜線有 條。3nn＝3n＝5離原子核近，大量處于n＝466答案近6題組三原子核的衰變及核反響方程5．(多項(xiàng)選擇)在以下4個(gè)核反響方程中，X表示α粒子的是( A.30P→30Si＋XB.238U→234Th＋X15 14 92 90C.27Al＋X→27Mg＋1HD.27Al＋X→30P＋1n13 12 1 13 15 0解析依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，四個(gè)選項(xiàng)中的X分別代表：0e、4He、1n、4He，1 2 0 2B、D答案BD6.235U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成207Pb，則( )92 82A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18解析衰變過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。寫出核反響方程：235U→207Pb＋4He＋n0e依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒列出方程235＝207＋4m,92＝82＋2m－nm＝7，n＝4，應(yīng)選項(xiàng)BA、C、D答案B

92 82

2 －17．恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反響，當(dāng)溫度到達(dá)108生“氦燃燒”。①完成“氦燃燒”的核反響方程：4He＋ →8Be＋γ。

K2 4②8Be2.6×10－16s。肯定質(zhì)量的8Be，經(jīng)7.8×10－16s4 4剩8Be占開頭時(shí)的 。4解析①由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒4He＋4He→8Be＋γ2 2 4t 1②在＝7.8×10－16s時(shí)間內(nèi)，原子核衰變的次數(shù)＝＝3故＝mT 801答案①4Heα)②或(12.5%)2 8題組四質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算8．(多項(xiàng)選擇)[2023·課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，35(1)]關(guān)于原子核的結(jié)合能以下說法正確的選項(xiàng)是( A．原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量一重原子核衰變成α 粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和肯定大于原來重核的結(jié)合能銫原子核(133Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(208Pb)的結(jié)合能55 82比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能解析由原子核的結(jié)合能定義可知，原子核分解成自由核子時(shí)所需的最小能量為原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)A正確；重原子核的核子平均質(zhì)量大于輕原子核的平均質(zhì)量，因此原子核衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和肯定大于衰變前的結(jié)合能，選項(xiàng)B正確；銫原子核的核子數(shù)少，因此其結(jié)合能小，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤；自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)E答案ABC9．當(dāng)前，發(fā)電站溫室氣體排放問題引起了越來越多的關(guān)注，相比煤炭等傳統(tǒng)能源，核電能夠大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉塵等物質(zhì)的排放，已成為世界快速進(jìn)展的電力工業(yè)。經(jīng)寬闊科技工作者的不懈努力，我國(guó)的核電技術(shù)已進(jìn)入世界的先進(jìn)展列，世界5720座名列第一。核電站的最核心局部235U產(chǎn)生裂變，在短時(shí)間內(nèi)釋放出大量的核能可供人類利用。92核反響堆中的鎘棒起 作用，核反響方程應(yīng)為235U＋ →92Kr＋141Ba＋31n。假設(shè)92 36 56 0m＝390.3139×10－27kg，m＝1.6749×10－27kg，m＝234.0016×10－27kg，U n Bam＝152.6047×10－27kg，核反響中釋放的能量為ΔE＝ J。Kr解析掌握中子數(shù)可以掌握反響速度；Δm＝m＋m－m－m－3m＝0.3578×10－27kg，ΔEΔm2＝3.22×10－11J。

U n Ba Kr n答案吸取中子掌握核反響速度

1n3.22×10－110考點(diǎn)一氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷1．定態(tài)間的躍遷——滿足能級(jí)差(1)從低能級(jí)(n 躍遷

)―→吸取能量。＝∞，E＝0

小 大基態(tài)→電離態(tài)：E＝0－(－13.6eV)＝13.6eV吸n＝2→電離態(tài)：E＝0－E＝3.4eV吸 2如吸取能量足夠大，抑制電離能后，獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能。1】(多項(xiàng)選擇)(2023·山東卷，39)4n＝3n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656nm。以下推斷正確的選項(xiàng)是( )4n＝2躍遷到n＝1656nm325nmn＝1n＝2n＝33633nmn＝2n＝3解析由玻爾的能級(jí)躍遷公式E－E＝＝33m nC答案CD解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問題應(yīng)留意：能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸取)光子的頻率由hν＝E－E

求得。假設(shè)求波長(zhǎng)可由公式cm n＝λν 求得。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)。(3)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。nn－ ①用數(shù)學(xué)中的組合學(xué)問求解＝C2＝ 。n 2②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狀況一一畫出，然后相加?！咀兪接?xùn)練】1．(多項(xiàng)選擇)金屬鈣的逸出功為2.7eV，氫原子的能級(jí)圖如圖5所示，一群氫原子處于量子數(shù)為n＝4的能級(jí)狀態(tài)，則以下說法中正確的選項(xiàng)是( )56534解析從n＝462.7eV4131213答案AC考點(diǎn)二原子核的衰變及半衰期衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)αβ衰變的比較衰變類型衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘉X→M－4Y＋4HeZ Z－2 2MX→MZ Z＋1 －1Y＋0e22中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子衰變實(shí)質(zhì)體射出21H＋21n→4He1 0 21n→1H＋0e0 1 －1衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒γ 射線：γ 射線常常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的。半衰期半衰期的計(jì)算：依據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式。N＝N余

1/τ

1τ τ 中余

、m表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N原 原余、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，τ 表示半衰期。衰變次數(shù)確實(shí)定方法由于β 衰變對(duì)質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的轉(zhuǎn)變確定α 衰變的次數(shù)，然后再依據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)?！纠?】(多項(xiàng)選擇)(2023·課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ，35)關(guān)于自然放射性，以下說法正確的選項(xiàng)是( A．全部元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ 三種射線中，γ 射線的穿透力量最強(qiáng)E．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線解析只有原子序號(hào)超過83A打算，與外界溫度無關(guān)，選項(xiàng)B對(duì)；放射性來自于原子核內(nèi)部，與其形成的化合物無關(guān)，Cα、β、γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透力量最強(qiáng)，選項(xiàng)D子核在一次衰變中要么是αβ衰變，同時(shí)伴隨γ射線的產(chǎn)生，選項(xiàng)E答案BCD【變式訓(xùn)練】2.238U衰變?yōu)?22Rn要經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，則m、n分別為( )92 86A．2、4B．4、2C．4、6D．16、6解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：238＝222＋4m，92＝86＋2m－n，聯(lián)立解得：m＝4，n＝2。答案B類型可控性類型可控性核反響方程典例衰變?chǔ)了プ儲(chǔ)滤プ冏园l(fā)238U234Th＋He92 90 2自發(fā)234T234Pa＋90 91－10e14N＋4He→17O＋1H7 2 8 1(盧瑟福覺察質(zhì)子)4He＋9Be→12C＋1n2 4 6 0(查德威克覺察中子)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯ふ莆?7Al＋4He→13 230P＋1n15 0約里奧·居里夫婦覺察放30P→1530Si＋子14＋10e比較簡(jiǎn)潔235U＋1n→144Ba＋89Kr＋31n92 0 56 36 0重核裂變進(jìn)展人工235U＋1n→136Xe＋90Sr＋101n掌握92 054380輕核聚變很難掌握2H＋H4He1n1 1 2 0【例3】(2023·上海卷，2)核反響方程9Be＋4He→126C＋X中的X表示( )4 2A．質(zhì)子B．電子C．光子D．中子Xm，質(zhì)量數(shù)為n4＋2＝m＋6,9＋4＝12＋n，所以m＝0，n＝1，XA、B、CD答案D書寫核反響方程時(shí)應(yīng)留意必需遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律。核反響方程中的箭頭不能把箭頭寫成等號(hào)。【變式訓(xùn)練】

表示核反響進(jìn)展的方向，3．(多項(xiàng)選擇)能源是社會(huì)進(jìn)展的根底，進(jìn)展核能是解決能源問題的途徑之一。以下釋放核能的反響方程，表述正確的有( )3H＋2H→4He＋1n1 1 2 03H＋2H→4He＋1nβ衰變1 1 2 02U＋1n→14456Ba＋89Kr＋31n0 36 0D.23592U＋1n→14054Xe＋94Sr＋21nα衰變0 38 0解析β衰變時(shí)釋放出電子(0－1α4He)BD錯(cuò)誤；2選項(xiàng)A中一個(gè)氚核和一個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子是典型的核聚變反響；選CU235BaKr個(gè)中子是核裂變反響，A、C答案AC考點(diǎn)四質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算核能核子在結(jié)合成原子核時(shí)消滅質(zhì)量虧損Δ，其能量也要相應(yīng)削減，即Δ＝Δm2。原子核分解成核子時(shí)要吸取肯定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸取的能量為ΔE＝Δm2。核能釋放的兩種途徑的理解使較重的核分裂成中等大小的核。較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會(huì)增加，都可以釋放能量。4】(2023·北京卷，14)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m、mm，當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和1 2 3一個(gè)中子結(jié)合