2020年人教版高考物理一轮复习听课手册第31讲原子和原子核

1、听课手册 第31讲 原子和原子核.数卿识拆理回扣敦材对直检測-【辨别明理】(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小.()(2) 核式结构模型是卢瑟福在a粒子散射实验的基础上提出的.()(3) 氢原子光谱是由一条一条亮线组成的.()原子结构原子结构射实螫_ 的核式结构模醱严子拓，轨道個徴竝尔模羽定态何设I跃迁假没:公或右(4) 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成由_和中子组成组成 核电荷数等于核内质子数 也等于核外_ 数核质量数等于核内 _数与中子数之和公式质能方程核能获取途径 _ 裂变、_聚变功地解释了氦原子光谱.()(5) 按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上()(6) 人们认

2、识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的()(7) 人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的()(8) 如果某放射性元素的原子核有 100 个，经过一个半衰期后还剩 50 个()(9) 质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量.()考点互动探究 A J i - JMEW*一kiC= 1 = 1B-M - M = = * g-芳向明确-O考点一原子的核式结构1.a粒子散射实验 19091911 年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用a粒子轰击金箔的实验, 实验发现绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数a粒子 发生了大角度偏转，偏转的角度

3、甚至大于 90。，也就是说它们几乎被“撞”了回来衰变氦核类型衰变电子核衰变衰变高频电磁波定义原子核半数发生衰变所用的时间半衰期相关因素由因素决定与物理化学状态无关图 31-12原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.例 1 如图 31-2 所示是卢瑟福的a粒子散射实验装置.在一个小铅盒里放有少量的 放射性元素钋，它发出的a粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列说法正确的是（）图 31-2A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B .该实验证实了汤姆孙原子模

4、型的正确性C.a粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D. 绝大多数的a粒子发生大角度偏转变式题 1 在a粒子散射实验中，电子对a粒子运动的影响可以忽略.这是因为与粒子相比，电子的（）A.电荷量太小B.速度太小C.体积太小 D.质量太小变式题 2 2015 安徽卷如图 31-3 所示是a粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q 是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子 核静止不动.图中所标出的a粒子在各点处的加速度方向正确的是（）A.M 点 B.N 点 C.P 点 D.Q 点O 考点二玻尔理论和氢原子能级结构（1）氢原子从高能级（能量为 Ei）向低能级（能量为 E2）

5、跃迁，辐射的光子能量hv=E-E2；反之原子从低能级吸收光子能量 hv则向高能级跃迁,hv=E-E2.辐射或 吸收的光子能量一定等于原子的能级差.（2）氢原子由激发态向基态或其他较低能级跃迁，具有随机性，一个原子会有多种 可能的跃迁.一群氢原子处于激发态，则各种可能的跃迁都会发生，所以会同时得 到氢原子辐射的全部光子种类.如一群处于量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到 基态时，可能辐射出的光谱条数（即频率数）为一，而单个处于量子数为 n 的激发 态的氢原子跃迁到基态时，最多可能辐射出的光谱条数为 n-1.（3）只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量（hv=EE2）时，原子才吸收光子并跃迁到激发态；

6、当照射光子的能量大于基态能级的绝对值（即电离能）时,光子一定能被原子吸收并使之电离，剩余能量为自由电子的动能.实物粒子与原子作用时，若使原子获得足够的能量，则也能使原子电离 例 2（多选）如图 31-4 所示是氢原子的能级图，一群氢原子处于 n=3 能级，下列说法中正确的是（）H/eV0-0.85-1.51- 皿图 31-4A. 这群氢原子跃迁时能够发出 3 种不同频率的光子B. 这群氢原子发出的光子中，能量最大为 10.2 eVC. 从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时发出的光波长最大D. 这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁 变式题 1图 31-5甲为氢原子的能级图，图乙为氢

7、原子的光谱图已知谱线 b 是氢原子从 n=5 的能级直接跃迁到 n=2 的能级时发出的光谱线，则谱线 a 可能是氢原Fe * * Q-04U-H5-1512-3.4L13.6甲图 31-5A.从 n=2 的能级跃迁到 n=1 的能级时发出的光谱线B.从 n=3 的能级直接跃迁到 n=1 的能级时发出的光谱线C. 从 n=4 的能级直接跃迁到 n=1 的能级时发出的光谱线D. 从 n=4 的能级直接跃迁到 n=2 的能级时发出的光谱线变式题 2 2018 浙江金华十校联考如图 31-6 所示是氢原子的能级图.处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到n=5 能级,然后发出光线.已知普朗克常量41

8、0.29乙h=6.63X10-34J-s,则()他E/eVa - 05-.544-0.B53- UI2 -3.401-13.60图 31-6A. 该外来单色光的能量为 12.75 eVB. 该氢原子发射的所有谱线中，最长的波长为 4000 nmC. 该氢原子发射的所有谱线中，最短波长的光子动量为 6.97X0-27kg - m/sD. 该氢原子发射的光照射逸出功为3.34 eV 的金属锌，光电子最大初动能约为9.72 eV要点总结 .氢原子能级图与氢原子跃迁问题的解答技巧(1)能级之间发生跃迁时放出的光子频率是不连续的.(2) 能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hv=E-En求得,而

9、波长可由公式c=入求得.(3) 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n -1)条.(4) 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：用数学中的组合知识求解:N=利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加.0 考点三原子核的衰变及射线1 .衰变规律及实质(1)a衰变、B衰变的比较衰变类型a衰变B衰变衰变过程X-Y HeXY-e2 个质子和 2 个中子1 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子衰变实质结合成一个整体射出H+ n HenH-e匀强磁场中轨迹Qj形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2) 丫射线：丫射线经常伴随着a衰变或B衰变同时

10、产生.其实质是放射性原子核在 发生a衰变或B衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发 态)而辐射出光子.2.确定衰变次数的方法因为B衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定a衰变的次数，然后再根据衰变规律确定B衰变的次数.3半衰期公式:N余=N原-m余=m原-.（2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关.例 3 2017 全国卷口 一静止的铀核放出一个a粒子衰变成钍核，衰变方程为U ThHe,下列说法正确的是（）A. 衰变后钍核的动能等于a粒子的动能B. 衰变后钍核的动量大小等于a

11、粒子的动量大小C. 铀核的半衰期等于其放出一个a粒子所经历的时间D. 衰变后a粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量变式题 一个静止的铀核放在匀强磁场中，它发生一次a衰变后变为钍核，a粒子和 钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动.某同学作出如图 31-7 所示的运动径迹示意 图，以下判断正确的是（）图 31-7A.1 是a粒子的径迹,2 是钍核的径迹B.1 是钍核的径迹,2 是a粒子的径迹C.3 是a粒子的径迹,4 是钍核的径迹D.3 是钍核的径迹,4 是a粒子的径迹例 4 2018 宁波中学模拟如图 31-8 所示是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个

12、小孔里发出，随后他将射线引 入磁场中，发现射线立即分成三股，他把三束射线分别命名为a射线、B射线、丫射线基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了 1907 年的诺贝尔奖.以下对这 三束射线描述准确的是()A.a射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收B.B射线在真空中的运动速度是光速C. 丫射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强D.B射线带负电，是来自镭原子的核外电子变式题 在很多装饰材料中都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是()A.a射线、B射线和丫射线都是电磁波B. 在a、B、三种射线中，丫射线的电离能力最强C. 氡的半衰期为 3.8 天,4 个氡原子核经过 7.6 天后一定只剩下

13、1 个氡原子核D. 放射性元素发生B衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生谄样品住小图 31-8要点总结三种射线的比较种类a射线B射线丫射线组成高速氦核流高速电子流光子流（高频电磁波）带电荷量2e-e0（续表）种类a射线B射线丫射线质量4mp,mp=1.67X10-27kg静止质量为零速度0.1c0.99cC（光速）在电磁场中偏转与a射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱O考点四核反应类型及核能计算1核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变a衰变自发UTh HeB衰变自发ThPa-e人工转变人工

14、控制N HeO H（卢瑟福发现质子）He BeC n（查德威克发现中子）Al HeP n约里奥-居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSi e重核裂变谷易控制UnBaKr+ nUnXe Sr+1 n轻核聚变很难控制H H He n2核能的计算方法根据AE=Amc2计算时,Am 的单位是 kg,c 的单位是 m/s,AE 的单位是 J.（2）根据AE=AmX931.5 MeV 计算时,Am 的单位是 u,AE 的单位是 MeV.（3）根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能=核子的比结合能X核子数.核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放（

15、或吸收）的核能.例 5 2016 全国卷I在下列描述核过程的方程中，属于a衰变的是_，属于B衰变的是_，属于裂变的是 _ ,属于聚变的是_ .（填正确答案标号）A.CN_eB.PS_eC.UTh HeD.NHeO HE.UnXe Sr+ nF.HHHe n变式题2017 天津卷我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率 先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程 中属于聚变反应的是人造太阳1核心那祥首获“际认证图 31-9A.HHHe nB.NHeOHC. HeAlPnD.UnBaKr+ n例 6 2017 全国卷大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释

16、放的能量 用来发电.氘核聚变反应方程是 H H He n.已知 H 的质量为 2.013 6u He 的质量为 3.015 0 u n 的质量为 1.008 7 u ,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为（）A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV D.0.93 MeV变式题 1 侈选）原子核的比结合能曲线如图 31-10 所示.根据该曲线，下列判断正确的是（）A.He 核的结合能约为 14 MeVB.He 核比 Li 核更稳定C. 两个 H 核结合成 He 核时释放能量D.U 核中核子的平均结合能比Kr 核中的大变式题 2 卢瑟福用a粒子轰击氮核发现质子.发现质子的核反应为N He O H.已知氮核的质量为 mN=14.007 53 u,氧核的质量为 mo= 17.004 54 u,氦核质量为 mHe=4.003 87 u,质子（氢核）质量为 mp=1.008 15 u.（1 u 质量对应 931 MeV能量，结果保留两位