2025高考物理總復習原子結構原子核

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(fā)現(xiàn):英國物理學家J·J·湯姆孫發(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,極少數(shù)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(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(zhì)量分布均勻的球體B.原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C.原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D.原子直徑的數(shù)量級大約是10-10m,原子核直徑的數(shù)量級是10-15mBD解析

原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi),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(shù)量級是10-10

m,原子核直徑的數(shù)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(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,極少數(shù)偏轉超過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,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(zhì)量A解析

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,極少數(shù)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(fā)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(fā)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(zhì)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(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

。

不連續(xù)

穩(wěn)定En-Em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

×√××研考點?精準突破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。(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。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)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。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(fā)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(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ,然后自發(fā)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(xiàn)受激輻射,發(fā)出鐘激光,最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)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(jù)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(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)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(jù)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?？键c三原子核的衰變及半衰期強基礎?固本增分1.天然放射現(xiàn)象放射性元素自發(fā)地放出

的現(xiàn)象,首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核內(nèi)部是有結構的。

2.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)。射線

3.原子核的衰變

質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒(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。(2)分類

半衰期是統(tǒng)計學概念,對少數(shù)原子核不成立(3)半衰期:放射性元素的原子核有

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

原子核

半數(shù)

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(zhì)相同。(2)應用:射線測厚儀,放射治療,培優(yōu)、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(tǒng)計規(guī)律,對個別或少量原子核,無半衰期可言。(2)根據(jù)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(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表示衰變時間,τ表示半衰期。3.衰變次數(shù)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(wěn)定的原子核

,質(zhì)量數(shù)減小了28,則經(jīng)過了7次α衰變,中間生成的新核的質(zhì)量數(shù)可能為231,227,223,219,215,211,則發(fā)生β衰變的原子核的質(zhì)量數(shù)為上述各數(shù),B、C、D錯誤,根據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,A正確?？枷蚨?/p>

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(nèi)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(xiàn)質(zhì)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(zhì)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(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質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。③鏈式反應:重核裂變產(chǎn)生的

使核裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程。

④臨界體積和臨界質(zhì)量:核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的

體積及其相應的質(zhì)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(zhì)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(jù)核反應過程中,釋放的核能與質(zhì)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(zhì)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(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/u計算。因1原子質(zhì)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”?？枷蛞?/p>

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(fā)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(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒得Z+7×2=28,A+7×4=56,解得Z=14,A=28,故選D?？枷蚨?/p>

核能的計算典題