2022年版物理一轮精品复习学案：第3-5.2二章原子原子核(选修3-5)

1、第 10 页共 14 页第 2 章 原子 原子核【考纲学问梳理】一、原子的核式构造模型1、汤姆生的“枣糕”模型11897 年汤姆生觉察了电子，使人们生疏到原子有简单构造，揭开了争辩原子的序幕“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里2、卢瑟福的核式构造模型 19091911 年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进展了 粒子散射试验试验装置如下图：如下图，用 粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对 粒子有库仓力作用，一些 粒子穿过金箔后转变了运动方向，这种现象叫做 粒子散射.荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目.全部设备装在真

2、空中. (2) 粒子散射试验结果：绝大多数 粒子穿过金箔后根本上仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子发生了较大的偏转.，极少数偏转角超过 900，有的甚至被弹回，偏转角几乎到达1800(3)现象解释：认为原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大局部 粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数 粒子从原子核四周飞过， 明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转.核式构造模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 原子核里，带负电的电子在核外空间里围着核旋转原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，

3、所以整个原子是呈电中性的电子围着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力说明 核式构造模型的试验根底是 粒子散射试验，原子核是多么小，原子内部是多么“空”.从 粒子散射的试验数据，估量原子核半径的数量级为 10-14m10-15m，而原子半径的数量级是10-10m.二、自然放射性现象1放射性现象：贝克勒耳觉察自然放射现象，使人们生疏到原子核也有简单构造，揭开了人类争辩原子核构造的序幕通过对自然放射现象的争辩，人们觉察原子序数大于 83 的全部自然存在的元素都有放射性，原子序数小于 83 的自然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种： 射线、 射线、 射线2、三种射线的本质和特性比

4、较 射线：是氦核( 4 He)流，速度约为光速的格外之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强.2 射线：是高速的电子流，速度约为光速格外之几，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱.种 类本 质质量 电荷 速度 电离 贯 穿 性 射线：是高能光子流，波长极短的电磁波，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小. 说明 放射性元素有的原子核放出 射线，有的放出 射线，多余的能量以 光子的形式射出.uec性射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几 mm 铝板射线光子001最弱最强，穿几 cm 铅版三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场

5、中的偏转状况比较：O3、原子核的衰变定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为核的变化称为衰变. 衰变规律：电荷数和质量数都守恒. 衰变的一般方程： A X A4Y 4 He每发生一次 衰变，元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数削减 4ZZ 22 衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)(核内21H 2 1n 4 He )102衰变的一般方程： A X ZAY Z 10 e每发生一次 衰变，元素与原元素相比较，核电荷数增加1，1质量数不变 衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子 (核内 1n 01H 10e )， +1衰变

6、： 30 P 30 Si 0 e15141 射线是伴随 衰变或 衰变同时产生的、 射线不转变原子核的电行数和质量数 射线实质:是放射性原子核在发生 衰变或 衰变时,产生的某些核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子三、 氢原子能级及氢光谱1、 氢原子能级氢原子的能级：原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为 En E1 n2，对应的轨道半径关系式为：rn n2r1，其中n 叫量子数，只能取正整数。n =1 的状态称为基态，氢原子基态的能量值E 13.6eV, r11 0.531010 m 。量子数 n 越大，动能越小，势能越大，总能量越大。能级公式： E 1 E (E 1

7、3.6eV ) ；该能量包括电子绕核运动的动能和电子与原子核组成的系统的电势能。半径公式： rnnn 21 n 2 r (r111 0.53 A )2、 氢光谱在氢光谱中，n=2，3，4，5，向n=1 跃迁发光形成赖曼线系；n=3，4，5，6 向 n=2 跃进迁发光形成马尔末线系；n=4，5，6，7向 n=3 跃迁发光形成帕邢线系；n=5，6，7，8向 n=4 跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线的前4 条谱线落在可见光区域内。3、光子的吸取与放射原子从一种定态能量为E，跃迁到另一种定态能量为E初，它辐射或吸取肯定频率的光子，光终子的能量由这两种定态的能级差打算：即 h EE。假设E E，

8、则辐射光子；假设E E ，则初终初终初终吸取光子。 能级跃迁：使原子发生跃迁时，入射的假设是光子，光子的能量必需恰好等于两定态能级差；假设入射的是电子，电子的能量须大于或等于两个定态的能级差。电离：不管是光子还是电子使元子电离，只要光子或电子的能量大于两能级差就可以使其电离。四、 重核的裂变与轻核的聚变重核的裂变原子弹、核电站的原理所谓重核即为质量数很大的原子核裂变方程式例举：235U 1n 90 Sr 136 Xe 10 1n92038540重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反响过程叫重核的裂变。在裂变的同时， 还会放出几个中子和大量能量铀 235 裂变时，同时放出23

9、个中子，假设这些中子再引起其他铀235 核裂变，就可使裂变反响不断地进展下去，释放越来越多的能量，这种反响叫链式反响原子弹的原理核反响堆是人类对核裂变能的利用。铀 235 核能够发生接式反响的铀块的最小体积叫做它的临界体积链式反响条件：纯铀235；到达临界体积核反响堆的构造：A.核燃料用铀棒(含235U 3%-4%的浓缩铀) B减速剂用石墨、重水或一般水(92235U92只吸取慢中子)C把握棒用镉做成(镉吸取中子的力量很强) D冷却剂用水或液态钠(把反响堆内的热量传递出去)E建很厚的水泥防护层屏蔽射线，还要考虑核废料的处理。轻核的聚变原子弹的原理优点：产能效率高，燃料的储量丰富，安全清洁，废料

10、少易处理。所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等某些轻核结合成质量数较大的原子核的反响过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量方程：2 H 3 H11- 4 He 1 n20轻核聚变条件：只能发生在超高温(需要几百万度高温)条件下，故轻核聚变也叫做热核反响【要点名师透析】类型一 原子的构造与 粒子散射试验【例 1】在卢瑟福的 粒子散射试验中，有少数 粒子发生大角度偏转，其缘由是 A原子的正电荷和绝大局部质量集中在一个很小的核上 B正电荷在原子中是均匀分布的C、原子中存在着带负电的电子 D原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析： 粒子散射试验中，有少数 粒子发生了较大偏转并且有极少数 粒

11、子的偏转超过了 900，有的甚至被反弹回去，偏转角到达l800，这说明白这些 粒子受到很大的库仑力，施力体应是体积甚小的带电实体。依据碰撞学问，我们知道只有质量格外小的轻球与质量格外大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹 回去，这说明被反弹回去的 粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核答案：A类型二 能级跃迁与光纤谱线【例 2】09全国卷18氢原子的局部能级如下图。可见光的光子能量在1.62eV 到 3.11eV 之间。由此可推知, 氢原子 AD 从高能级向n=1 能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短从高能级向n=2 能级跃迁时发出的光均为可见光从高能级向n=3 能级

12、跃迁时发出的光的频率比可见光的高从 n=3 能级向n=2 能级跃迁时发出的光为可见光解析：此题考察玻尔的原理理论. 从高能级向 n=1 的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为 9.20ev, 不在 1.62eV 到 3.11eV之间,A 正确.可见光子能量在 1.62eV 到 3.11eV 之间从高能级向n=2 能级跃迁时发出的光的能量 3.40ev，B 错. 从高能级向 n=3 能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于 3.11ev 的光的频率才比可见光高,C 错.从 n=3 到 n=2 的过程中释放的光的能量等于 1.89ev 介于 1.62 到 3.11 之间,所以是可见光D 对。类型三

13、核能的计算【例 3】09山东物理38 (1)历史上第一次利用加速器实现的核反响，是用加速后动能为0.5MeV 的质子1 H 轰击静止的X，生成两个动能均为 8.9MeV 的 4 He.1MeV=1.6-13J12上述核反响方程为。质量亏损为kg。E解析：1 1H 7 X 4 He 4 He 或 1H 7 Li 4 He 4 He ， m 3.11029 Kg 。13考点：原子核221322C 2【感悟高考真题】12022重庆1氢原子分能级示意图如题 19 所示，不同色光的光子能量如下表所示。色光赤橙黄绿蓝靛紫光子能量范围eV1.612.002.002.072.072.142.142.532.5

14、32.762.763.10处于某激发态的氢原子，放射的光的谱线在可见光范围内仅有2 条，其颜色分别为红、蓝靛黄、绿红、紫蓝靛、紫【答案】A【解析】假设激发态的氢原子处于其次能级，能够发出10.2 eV 的光子，不属于可见光；假设激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV 的三种光子，只有1.89 eV 属于可见光；假设激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV 的六种光子，1.89 eV 和 2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 e

15、V 的光子为蓝靛，A 正确。2.2022全国卷14原子核238 U 经放射性衰变变为原子核234 Th ，继而经放射性衰变变为原子9290核 234 Pa ，再经放射性衰变变为原子核234 U 。放射性衰变 、和依次为9192A 衰变、 衰变和 衰变B 衰变、 衰变和 衰变C 衰变、 衰变和 衰变D 衰变、 衰变和 衰变【答案】A【解析】238U 234Th ,质量数少 4,电荷数少 2,说明为 衰变.234Th234 Pa ,质子数加 1,说明92909091为 衰变,中子转化成质子.234 Pa234U ,质子数加 1,说明为 衰变,中子转化成质子.9192【命题意图与考点定位】主要考察依

16、据原子核的衰变反响方程，应用质量数与电荷数的守恒分析解决。3. 2022天津2以下关于原子和原子核的说法正确的选项是A 衰变现象说明电子是原子核的组成局部 B波尔理论的假设之一是原子能量的量子化 C放射性元素的半衰期随温度的上升而变短 D比结合能越小表示原子核中的核子结合得越结实答案：B4.2022天津8用同一光管争辩a、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图。则这两种光A 照耀该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C.通过同一装置发生双缝干预，a 光的相邻条纹间距大D.通过同一玻璃三棱镜时，a

17、 光的偏折程度大答案：BC5. 2022全国卷14原子核A X 与氘核2 H 反响生成一个 粒子和一个质子。由此可知Z1AA=2，Z=1B. A=2，Z=2C. A=3，Z=3D. A=3，Z=2【答案】D【 解析】 A X 2H 4 He 1H ， 应用质量数与电荷数的守恒 A 2 4 1, Z 1 2 1 ， 解得Z121A 3, Z 2 ，答案D。【命题意图与考点定位】主要考察依据原子核的聚变反响方程，应用质量数与电荷数的守恒分析解决。62022北京15太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断削减。太阳每秒钟辐射出的能量约为 41026 J，依据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟削减的质量

18、最接近A.1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg【答案】 D【解析】依据爱因斯坦的质能方程， m E 4 1026 4.4 109 kg，D 正确c 29 101672022上海物理1卢瑟福提出了原子的核式构造模型，这一模型建立的根底是A 粒子的散射试验B对阴极射线的争辩C 自然放射性现象的觉察D质子的觉察答案：A解析：卢瑟福依据粒子的散射试验结果，提出了院子的核式构造模型：原子核聚拢了院子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转。此题考察原子的核式构造的建立。2022上海物理4现已建成的核电站的能量来自于A自然放射性元素衰变放出的能量B人工放射性同位素放出的

19、的能量C重核裂变放出的能量D化学反响放出的能量【解析】C此题考察原子核反响。难度：易。2022上海物理4某放射性元素经过 11.4 天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为A11.4 天B7.6 天C5. 7 天D3.8 天答案：Dt 1 1t11.4解析：依据 ， 3 ，由于t=11.4day，所以 =3.8day，选D。 2 83此题考察原子核半衰期的计算。难度：中等。102022福建29114 C 测年法是利用14 C 衰变规律对古生物进展年月测定的方法。假设以横坐标t表示时间，纵坐标 m 表示任意时刻14 C 的质量，m0为 t0 时m0的质量。下面四幅图中能正确反映14 C 衰变

20、规律的是。填选项前的字母答案：C112022江苏物理12(C)(1)争辩光电效应电路如下图，用频率一样、强度不同的光分别照耀密封真空管的钠极板阴极 K，钠极板放射出的光电子被阳极A 吸取，在电路中形成光电流。以下光电流 I 与 AK 之间的电压 U的关系图象ak中，正确的选项是.钠金属中的电子吸取光子的能量，从金属外表逸出，这就是光电子。光电子从金属外表逸出的过程中，其动量的大小 (选填“增大、“减小”或“不变”)， 缘由是 。氢原子处在第一、其次激发态的能级分别为-3.4eV 和-1.51eV，金属钠的截止频率为5.531014 Hz,普朗克常量h= 6.631034 J s.请通过计算推断

21、，氢原子从其次激发态跃迁到第一激发态过程中发出的 光照耀金属钠板， 能否发生光电效应。答案：12. 2022课标34(1)用频率为v 的光照耀大量处于基态的氢原子，在所放射的光谱中仅能观测0到频率分别为v 、v 、v 的三条谱线，且v v v，则.(填入正确选项前的字母)123321A、v vB、v v vC、v v v vD、 1 1 1013210123vvv123答案：B解析：大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从 n=3 能级向低能级跃迁，依据能量守恒有，h h32h1，解得： v3 v v21E，选项B 正确132022海南物理19(1)能量为 i 的光子照耀基态氢原子，刚好

22、可使该原子中的电子成为自由电子这E一能i称为氢的电离能现用一频率为 的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速i度的大小为用光子频率 、电子质量m 、氢原子的电离能E和普朗克常量h 表示。2(h E )mi【答案】2(h E )mi1 mv2 h Ev 【解析】由能量守恒得 2i，解得电子速度为。(2) 在核反响堆中，常用减速剂使快中子减速假设减速剂的原子核质量是中子的k 倍中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求 N 次碰撞后中子速率与原速率之比【答案】k 1 ( k 1)Nmmvv【解析】设中子和作减速剂的物质的原子核A 的质量分别为 n 和

23、前后的总动量和总能量守恒，有A ，碰撞后速度分别为 n 和A ，碰撞m v m vnnnnm vAA111m v2 m v2 m v22nn2nn2AAv式中 n 为碰撞前中子速度，由题设m kmAn由式得，经 1 次碰撞后中子速率与原速率之比为vnvk 1 k 1n经N 次碰撞后，中子速率与原速率之比为k 1 ( k 1)N【考点模拟演练】科学家觉察在月球上含有丰富的3He(氦 3)它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种2核聚变反响的方程式为3He3He2 1H4He.关于3He 聚变以下表述正确的选项是22122()A聚变反响不会释放能量 B聚变反响产生了的原子核C聚变反响没有

24、质量亏损D目前核电站都承受3He 聚变反响发电2【答案】B【详解】轻核聚变而生成质量较大(中等)的核故B 正确认真观看氢原子的光谱,觉察它只有几条分别的不连续的亮线,其缘由是() A.氢原子只有几个能级氢原子只能发出平行光氢原子有时发光,有时不发光氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的【答案】选 D.【详解】光谱中的亮线对应不同频率的光,“分别的不连续的亮线”对应着不同频率的光,B、C 错.氢原子在不同的能级之间跃迁时,辐射不同能量的光子,并且满足E=h .能量不同,相应光子频率不同,表达在光谱上是一些不连续的亮线,A 错误D 正确.卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔试

25、验,获得了重要觉察:关于 粒子散射试验的结果,以下说法正确的选项是()证明白质子的存在证明白原子核是由质子和中子组成的证明白原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D.说明白原子中的电子只能在某些轨道上运动【答案】选 C.【详解】 粒子散射试验觉察了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核.数年后卢瑟福觉察核内有质子并推测核内存在中子,所以 C 对,A、B 错.玻尔觉察了电子轨道量子化,D 错.以下关于放射性现象的说法中,正确的选项是()原子核发生 衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数削减了 4原子核发生 衰变时,生成核与 粒子的总质量等于原来的原子核的质量原子核发生

26、衰变时,生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1单质的铀 238 与化合物中的铀 238 的半衰期是一样的【答案】选 D.【详解】原子核发生 衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数削减了 2,A 错误;生成核与 粒子的总质量小于原来的原子核的质量,B 错误;原子核发生 衰变时,生成核的质量数与原来的原子核的质量数一样,C 错误;放射性元素的半衰期由原子核的内部因素打算,跟元素的化学状态无关,所以单质的铀 238 与化合物中的铀 238 的半衰期是一样的,D 正确.5(2022河北石家庄三月)正电子放射型计算机断层显像(PET)的根本原理是：将放射性同位素15O 注入人8体，15O 在人体内衰

27、变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对光子，被探测器采集后，经8计算机处理生成清楚图像则依据PET 原理推断以下表述正确的选项是()5O 在人体内衰变方程是15O15N0e8871正、负电子湮灭方程是0e0 e211在PET 中，15O 主要用途是作为示踪原子8在PET 中，15O 主要用途是参与人体的陈代谢8【答案】ABC【详解】由题意知A、B 正确，显像的原理是采集 光子，即注入人体内的15O 衰变放出正电子和人体内8的负电子湮灭转化为 光子，因此15O 主要用途是作为示踪原子，故C 对，D 错8光电效应的试验结论是：对于某种金属 ()A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不

28、能产生光电效应 B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大【答案】AD【详解】依据光电效应规律可知A 正确，B、C2hW，频率 越高，初动能就越大，D 正确错误依据光电效应方程 mv 2m裂变反响是目前核能利用中常见的反响以原子核生的裂变反响可以有多种方式，其中一种可表示为：为燃料的反响堆中，当俘获一个慢中子后发235U 1n139Xe 94Sr3X920543823504321.0087138.917893.9154反响方程下方的数字是中子及有关原子核

29、的静止质量(以原子质量单位 u 为单位，取 1 u 的质量对应的能量为 9.3102 MeV，此裂变反响中()释放出的能量是 30102 MeV，X 是中子释放出的能量是 30 MeV，X 是质子释放出的能量是 1.8102 MeV，X 是中子释放出的能量是 1.8102 MeV，X 是质子【答案】C【完毕】据核反响过程中质量数和电荷数守恒可推断X 是中子m(235.04321.0087138.9178 93.915431.0087) u0.1926 u，可见该反响释放能量，释放的能量E0.19269.3102 MeV1.8102 MeV.故 C 正确8.(1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,以下说法中正确的选项是() A.氢原子的能量增加B.氢原子的能量削减C.氢原子要吸取肯定频率的光子D.氢原子要放出肯定频率的光子(2)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到 n=2 能级发出的谱线属于巴耳末线系