选修3-5原子结构和原子核(学生版)

第56讲原子结构第一时间第一印象自主先学知识梳理1．电子的发现英国物理学家在研究时发现了电子，提出了原子的模型．2．原子的核式结构⑴1909～1911年，英籍物理学家进行了实验，提出了核式结构模型．⑵α粒子散射实验①实验装置：如右图所示．②实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数，但有少数，偏转角度甚至，也就是说它们几乎．③核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子核里集中了原子的和几乎，带负电的电子在．原子直径的数量级为m，而原子核直径的数量级为m．请根据此模型解释α粒子散射实验的现象．3．氢原子光谱⑴用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即．有些光谱是一条条亮线，这样的亮线叫，这样的光谱叫．有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而连在一起的光带，我们把它叫做．各种原子的发射光谱都是．⑵光谱分析：利用每种原子都有自己的可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义．⑶氢原子光谱：巴耳末系是氢光谱在区的谱线，其波长公式：，其中R叫做，n＝3，4，5，…。人们后来发现，氢光谱在红外和紫外区的其他也都满足与之类似的关系式，这些公式反映了氢原子辐射波长的特征．⑷经典理论的困难：既无法解释原子的，又无法解释原子光谱的特征．4．氢原子的能级结构、能级公式⑴玻尔理论的几个基本假说①定态假说：原子只能处于一系列的能量状态中，在这些能量状态中原子是的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．②跃迁假说：电子从能量较高的定态跃迁到能量较低的定态时，会能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s．③轨道不连续假说：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是，因此电子的可能轨道也是．⑵几个概念①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级．②基态：原子能量的状态．③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态．④量子数：用于表示原子状态的，具有不连续性．⑶氢原子的能级图：如图所示，要理解图上各数据、字母含义．分担风雨分享阳光小组合作小有收获1．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少2．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少核心模型核心思维交流展示精讲点拨一、原子的核式结构【例1】有关原子结构，下列说法正确的是()A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“枣糕模型”【变式1】在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子内是均匀分布的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二、能级跃迁【例2】如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法正确的是()A．这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2eVC．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长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2】如图所示为氢原子能级图．下列说法正确的是()A．一个处于n＝3能级的氢原子，可以吸收一个能量为0.7eV的光子B．一个处于n＝3能级的氢原子，可以吸收一个能量为2eV的光子C．氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于13.6eVD．用能量为10eV和3.6eV的两种光子同时照射大量氢原子，有可能使处于基态的氢原子电离【例3】已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A．－eq\f(4hc,3E1)B．－eq\f(2hc,E1)C．－eq\f(4hc,E1) D．－eq\f(9hc,E1)【变式3】用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2和ν3的三条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则()A．ν0＜ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3D.eq\f(1,ν1)＝eq\f(1,ν2)＋eq\f(1,ν3)分层训练分级达标A.双基训练基础巩固1．(2015·天津卷)下列能揭示原子具有核式结构的实验是()A．光电效应实验B．伦琴射线的发现 C．α粒子散射实验D．氢原子光谱的发现2．在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看做静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经过金箔散射过程的径迹,其中正确的是()ABCD3．下列对原子结构的认识中，错误的是()A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10m4．关于原子结构理论与α粒子散射实验，下列说法中正确的是()A．卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的B．卢瑟福的“核式结构”理论认为，原子所有的正电荷和质量都集中于原子核中C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性D．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论5．如图为氢原子的能级图，若用能量为10.5eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子()A．能跃迁到n＝2的激发态上去B．能跃迁到n＝3的激发态上去C．能跃迁到n＝4的激发态上去D．以上三种说法均不对6．有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关7．氢原子的能级如图所示，原子从能级n=4向n=2跃迁所放出的光子正好使某种金属材料产生光电效应，该金属的逸出功是eV．从能级n=4向n=1跃迁所放出的光子照射该金属，所产生光电子最大初动能是eV．B.思维提升素养形成1．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为2.25eV的钾，下列说法正确的是()A．这群氢原子能发出三处不同频率的光B．这群氢原子发出光子均能使金属钾发生光电效应C．金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.09eVD．金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于9.84eV2．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．下列说法中正确的是()A．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光B．由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光频率最小C．由n=4能级跃迁到n=1能级的过程中，原子的能量在增加D．用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34EV的金属铂能发生光电效应3．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm．已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为()A．10.50eV B．0.98eV C．0.53eV D．0.36eV4．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，ν2>ν1，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν15.某金属的截止频率恰好等于氢原子量子数n=4能级跃迁到n=2能级所发出光的频率.氢原子辐射光子后能量(填“增大”“不变”或“减小”).现用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级所发出的光照射该金属，则逸出光电子的最大初动能是(已知氢原子n=1、2、4能级的能量值分别为E1、E2、E4).反思总结反馈矫正教、学中的亮点、问题，学生典型问题记录参考资料链接第57讲原子核第一时间第一印象自主先学知识梳理1．原子核的衰变⑴三种射线的性质射线种类α射线β射线γ射线本质带电荷量速度0.1c0.99cc(光速)贯穿本领最弱,用能挡住较强,穿透几毫米的最强,穿透几厘米的电离本领⑵衰变规律及实质①两种衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变规律电荷数守恒、质量数守恒②γ射线:γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.⑶确定α、β衰变次数的方法：方法一、根据两个守恒(质量数守恒和核电荷数守恒)列方程组求解．方法二、先由质量数的减少量除以4得到α衰变的次数，再根据核电荷数的变化确定β衰变的次数．⑷半衰期①放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．设某放射性元素的半衰期为τ，初始状态下该元素的原子数为N原，经过时间t，则t是半衰期的倍，剩余未发生衰变的原子个数N余=．质量也有相类似的关系．②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，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．③半衰期是个统计规律，只有对大量原子核衰变时谈半衰期才有意义，对少数原子核不适用．2．核反应方程与核能计算⑴核反应的四种类型类型可控性核反应方程衰变α衰变自发衰变为：β衰变自发衰变为：人工转变人工控制卢瑟福发现质子：查德威克发现中子：约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子：，．重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变很难控制⑵核反应方程式的书写①熟记常见基本粒子的符号；②由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向；③核反应过程中质量数与核电荷数守恒。⑶核能的计算方法①根据ΔE＝Δmc2计算：计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。②根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算：因“1u”相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE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＝核子比结合能×核子数。分担风雨分享阳光小组合作小有收获1．目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些材料都不同程度地含有放射性元素.下列关于放射性元素的说法中,正确的是()A．β射线与γ射线一样都是电磁波,但穿透本领远比γ射线弱B．氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C．衰变成要经过6次β衰变和8次α衰变D．放射性元素发生β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的2．钚的一种同位素衰变时释放巨大能量,其衰变方程为，则()A．核燃料总是利用比结合能小的核B．核反应中γ光子的能量就是的结合能C．核比核更稳定,说明的结合能大D．由于衰变时释放巨大能量,所以比的比结合能小核心模型核心思维交流展示精讲点拨一、放射现象和原子核的衰变规律【例1】钍核()具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤核()，同时伴随有γ射线产生，其方程为→＋X，钍的半衰期为24天。下列说法正确的是()A．X为质子B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C．γ射线是镤原子核放出的D．1g钍经过120天后还剩0.3125g【变式1】(2015·福建高考)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克二、核反应方程【例2】(2014·上海)核反应方程eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋X中的X表示()A．质子B．电子C．光子D．中子【变式2】能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A．eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚变反应B．eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是β衰变C．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂变反应D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是α衰变三、核能的计算【例3】(2014·北京·14)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)cB．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2【变式3】氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，核反应方程为：，式中X是某种粒子．已知：、、和粒子X的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u相当于931.5MeV.由上述核反应方程和数据可知，粒子X是______，该核反应释放出的能量为______MeV(结果保留三位有效数字)．分层训练分级达标A.双基训练基础巩固1．如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数。若撤去电场后继续观察，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为()A．β射线和γ射线B．α射线和β射线C．β射线和X射线D．α射线和γ射线2．下列说法中正确的是()A．一群处于n＝3能级的氢原子自发跃迁时能发出2种不同频率的光子B．的一种裂变可能为C．核反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n属于原子核聚变D．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，遏止电压就越大3．下列说法正确的是()A.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e是一种核裂变反应B．核反应堆产生的能量一定来自轻核聚变C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应D．卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说4．关于天然放射现象，以下叙述正确的是()A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C．在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最强，γ射线的电离能力最强D．铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变5．表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)β衰变的方程是()A.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H6．(2014·福建)如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线7．下列核反应方程及其表述完全正确的是()A．eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H是聚变反应B．是人工核转变C．是裂变反应D．是裂变反应8．(2015·广东)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核