2024屆高考一輪復習物理課件(新教材魯科版) 原子結(jié)構(gòu)、原子核

原子結(jié)構(gòu)原子核第2講目標要求1.知道原子的核式結(jié)構(gòu)，了解氫原子光譜，掌握玻爾理論及能級躍遷規(guī)律.2.了解原子核的組成及核力的性質(zhì)，了解半衰期及其統(tǒng)計意義.3.認識原子核的結(jié)合能，了解核裂變及核聚變，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應方程.

內(nèi)容索引考點一原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜考點二玻爾理論能級躍遷考點三原子核的衰變及半衰期考點四核反應及核能的計算課時精練考點一原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜1.原子結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家

發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿_____方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(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(zhuǎn).梳理必備知識盧瑟福原來J·J·湯姆孫正電荷質(zhì)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(xù)譜是連在一起的

.波長亮線光帶(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：②氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式.1.在α粒子散射實驗中，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是由于它跟金原子中的電子發(fā)生了碰撞.(

)2.原子中絕大部分是空的，原子核很小.(

)3.核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出的.(

)4.發(fā)射光譜可能是連續(xù)譜，也可能是線狀譜.(

)×√√√例1

關(guān)于α粒子散射實驗，下述說法中正確的是A.在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向

前進，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回

接近180°B.使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)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(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當α粒子接近電子時，是電

子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhì)量√在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°，所以A正確；使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)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(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，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(jié)構(gòu)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(zhì)量，所以D錯誤.考點二玻爾理論能級躍遷1.玻爾理論(1)定態(tài)假設：電子只能處于一系列

的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中電子繞核的運動是

的，電子雖然繞核運動，但并不產(chǎn)生電磁輻射.(2)躍遷假設：電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)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(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應.原子的定態(tài)是

，因此電子的可能軌道也是

.梳理必備知識不連續(xù)穩(wěn)定En－Emk不連續(xù)的不連續(xù)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(tài)能量，其數(shù)值為E1＝

eV.②半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m.－13.6(2)氫原子的能級圖，如圖所示1.處于基態(tài)的氫原子可以吸收能量為11eV的光子而躍遷到高能級.(

)2.氫原子吸收或輻射光子的頻率條件是hν＝En－Em(m<n).(

)3.氫原子各能級的能量指電子繞核運動的動能.(

)4.玻爾理論能解釋所有元素的原子光譜.(

)×√××1.兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)射光子.提升關(guān)鍵能力(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(fā)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(shù)的確定方法(1)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1.3.電離(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0.(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量.例如：氫原子從基態(tài)→電離態(tài)：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.例2

(2022·重慶卷·6)如圖為氫原子的能級示意圖.已知藍光光子的能量范圍為2.53～2.76eV，紫光光子的能量范圍為2.76～3.10eV.若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則激發(fā)氫原子的光子能量為A.10.20eV B.12.09eVC.12.75eV D.13.06eV√由題知使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則由藍光光子能量范圍可知氫原子從n＝4能級向低能級躍遷可輻射藍光，不輻射紫光，即從n＝4躍遷到n＝2輻射藍光，則需激發(fā)氫原子到n＝4能級，則激發(fā)氫原子的光子能量為ΔE＝E4－E1＝12.75eV，故選C.例3

(2022·浙江6月選考·7)如圖為氫原子的能級圖.大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉.下列說法正確的是A.逸出光電子的最大初動能為10.80eVB.n＝3躍遷到n＝1放出的光電子動量最大C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應D.用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)√從n＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大，根據(jù)Ek＝E－W0，可得此時最大初動能為Ek＝9.8eV，故A錯誤；大量氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能放出

＝3種頻率的光子，其中從n＝3躍遷到n＝2放出的光子能量為ΔE1＝－1.51eV－(－3.4eV)＝1.89eV<2.29eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應，其他兩種均可以，故C錯誤；由于從n＝3躍遷到n＝4需要吸收的光子能量為ΔE2＝1.51eV－0.85eV＝0.66eV，所以用0.85eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)，故D錯誤.考點三原子核的衰變及半衰期1.原子核的組成：原子核是由

和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的

.2.天然放射現(xiàn)象放射性元素

地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由

發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明

具有復雜的結(jié)構(gòu).梳理必備知識質(zhì)子質(zhì)子數(shù)自發(fā)貝可勒爾原子核3.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線____核＋2e4u最___最____β射線_____－e較強較強γ射線光子γ00最___最____氦電子強弱弱強4.原子核的衰變(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種

的變化稱為原子核的衰變.(2)α衰變、β衰變原子核衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子衰變規(guī)律________守恒、質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的.5.半衰期(1)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

決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強)和化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)_____(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”).核內(nèi)部自身的因素無關(guān)6.放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素：有

放射性同位素和

放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同.(2)應用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做

等.(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害.天然人工示蹤原子1.三種射線按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線.(

)2.β衰變中的電子來源于原子核外電子.(

)3.發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變.(

)4.如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個.(

)√×××23根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知Z＝1－(－1)＝2，A＝3.例5

(多選)有一勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外，一個原來靜止在A處的原子核發(fā)生衰變放射出兩個粒子，兩個新核的運動軌跡如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別為r1、r2.下列說法正確的是A.原子核發(fā)生α衰變，根據(jù)已知條件可以算出兩個新

核的質(zhì)量比B.衰變形成的兩個粒子帶同種電荷C.衰變過程中原子核遵循動量守恒定律D.衰變形成的兩個粒子電荷量的關(guān)系為q1∶q2＝r1∶r2√√衰變后兩個新核速度方向相反，受力方向也相反，根據(jù)左手定則可判斷出兩個粒子帶同種電荷，所以衰變是α衰變，衰變后的新核由洛倫茲力提供向心力，衰變過程遵循動量守恒定律，即mv相同，所以電荷量與半徑成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但無法求出質(zhì)量比，故A、D錯誤，B、C正確.考點四核反應及核能的計算1.核反應的四種類型梳理必備知識類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂萍s里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變?nèi)菀卓刂戚p核聚變現(xiàn)階段很難控制2.核反應方程式的書寫(2)掌握核反應方程遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.(3)由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向.3.核力和核能(1)核力：原子核內(nèi)部，

間所特有的相互作用力.(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們

需要的能量，叫作原子的結(jié)合能，也叫核能.(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與

之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能.

越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定.(4)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應的能量ΔE＝

.原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝

.核子分開核子數(shù)比結(jié)合能Δmc2Δmc21.核力就是庫侖力.(

)2.原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定.(

)3.核反應中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生.(

)×√×核能的計算方法(1)根據(jù)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(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算.因1原子質(zhì)量單位(u)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”.(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù).提升關(guān)鍵能力例6

下列說法正確的是√根據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，A選項反應中的X質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為α粒子，核反應類型為α衰變，選項A錯誤；B選項反應中的Y質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，核反應類型為輕核聚變，選項B錯誤；C選項反應中的K質(zhì)量數(shù)總數(shù)為10，電荷數(shù)為0，則K為10個中子，核反應類型為重核裂變，選項C正確；D選項反應中的Z質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為質(zhì)子，核反應類型為人工轉(zhuǎn)變，選項D錯誤.B.核反應前后的總質(zhì)子數(shù)不變C.核反應前后總質(zhì)量數(shù)不同D.中微子νe的電荷量與電子的相同√中微子不帶電，則中微子νe的電荷量與電子的不相同，D錯誤.A.8MeV B.16MeVC.26MeV D.52MeV√因電子質(zhì)量遠小于質(zhì)子的質(zhì)量，計算中可忽略不計，核反應質(zhì)量虧損Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，釋放的能量ΔE＝0.0286×931MeV≈26.6MeV，選項C正確.例9

花崗巖、磚砂、水泥等建筑材料是室內(nèi)氡的最主要來源.人呼吸時，氡氣會隨氣體進入肺臟，氡衰變放出的α射線像小“炸彈”一樣轟擊肺細胞，使肺細胞受損，從而引發(fā)肺癌、白血病等.一靜止的氡核

發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，此過程動量守恒且釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能.已知m氡＝222.0866u，mα＝4.0026u，m釙＝218.0766u,1u相當于931MeV的能量.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(1)寫出上述核反應方程；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有(2)求上述核反應放出的能量ΔE；答案

6.89MeV質(zhì)量虧損Δm＝222.0866u－4.0026u－218.0766u＝0.0074u，ΔE＝Δm×931MeV，解得ΔE≈6.89MeV(3)求α粒子的動能Ekα.答案

6.77MeV設α粒子、釙核的動能分別為Ekα、Ek釙，動量分別為pα、p釙，由能量守恒定律得ΔE＝Ekα＋Ek釙由動量守恒定律得0＝pα

＋p釙，故Ekα∶Ek釙＝218∶4解得Ekα≈6.77MeV.五課時精練1.(2022·湖南卷·1)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是A.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律C.光電效應揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性123456789101112√基礎(chǔ)落實練玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子的分立光譜，但不足之處是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念，還不能完全揭示微觀粒子的運動規(guī)律，A、B錯誤；光電效應揭示了光的粒子性，C正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證實了電子的波動性，D錯誤.1234567891011122.(2022·北京卷·1)氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子A.放出光子，能量增加B.放出光子，能量減少C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量減少123456789101112√氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子放出光子，且放出光子的能量等于兩能級之差，能量減少，故選B.√123456789101112123456789101112根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為

，選項A、B錯誤；該反應釋放的能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，選項C錯誤，D正確.123456789101112√√123456789101112半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對于大量原子核衰變是成立的，個數(shù)較少時規(guī)律不成立，故D錯誤.5.(2022·廣東卷·5)目前科學家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子.氫原子第n能級的能量為En＝

，其中E1＝－13.6eV.圖是按能量排列的電磁波譜，要使n＝20的氫原子吸收一個光子后，恰好失去一個電子變成氫離子，被吸收的光子是A.紅外線波段的光子

B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子

D.X射線波段的光子123456789101112√123456789101112要使處于n＝20的氫原子吸收一個光子后恰好失去一個電子變成氫離子，則需要吸收光子的能量為E＝0－(

)eV＝0.034eV，結(jié)合題圖可知被吸收的光子是紅外線波段的光子，故選A.6.如圖所示為氫原子能級圖，以及從n＝3、4、5、6能級躍遷到n＝2能級時輻射的四條光譜線.則下列敘述正確的有A.Hα、Hβ、Hγ、Hδ的頻率依次增大B.可求出這四條譜線的波長之比，Hα、

Hβ、Hγ、Hδ的波長依次增大C.處于基態(tài)的氫原子要吸收3.4eV的能

量才能被電離D.如果Hδ可以使某種金屬發(fā)生光電效應，Hβ一定可以使該金屬發(fā)生光電

效應√123456789101112根據(jù)hν＝Em－En(m>n，m、n都只能取正整數(shù))，可以判定Hα、Hβ、Hγ、Hδ的頻率依次增大，波長依次減小，123456789101112且能定量地計算出頻率或波長的大小之比，故A正確，B錯誤；處于基態(tài)的氫原子至少要吸收13.6eV的能量才能被電離，故C錯誤；Hδ的頻率大于Hβ的頻率，根據(jù)光電效應產(chǎn)生的條件可以判定，Hδ可以使某種金屬發(fā)生光電效應，Hβ不一定可以使該金屬發(fā)生光電效應，故D錯誤.123456789101112正電子2.5123456789101112根據(jù)衰變方程、質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為0，所以X為正電子；8.(多選)(2022·浙江1月選考·14)2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電站累計發(fā)電約6.9×1011

kW·h，相當于減排二氧化碳六億多噸.為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱.下列說法正確的是A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B.秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為

27.6kgC.核電站反應堆中需要用鎘棒控制鏈式反應的速度√123456789101112√能力綜合練123456789101112秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量，故A錯誤；由題知原子核虧損釋放的能量一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，原子核虧損的質(zhì)量大于27.6kg，故B錯誤；核電站反應堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性，通過控制中子的數(shù)量控制鏈式反應的速度，故C正確；123456789101112√√123456789101112根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，A正確，B錯誤；12345678910111210.(2020·全國卷Ⅱ·18)氘核

可通過一系列聚變反應釋放能量，其總效果可用反應式

表示.海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標準煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1kg標