2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-第2讲 原子结构和原子核

第2讲原子结构和原子核学习目标1.理解原子的核式结构,了解氢原子光谱,理解玻尔原子结构理论,会分析能级跃迁问题。2.理解原子核的衰变,会计算原子核的半衰期。3.理解原子核的人工转变、重核的裂变、轻核的聚变,会书写核反应方程,会计算核反应过程的核能。考点一原子的核式结构和氢原子光谱1.电子的发现:英国物理学家发现了电子。

2.α粒子散射实验1909年,英国物理学家和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验。实验发现,α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有α粒子(约占18000)发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说,它们几乎被“3.原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核,原子正电荷和质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。

4.氢原子光谱(1)光谱:用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开,获得光的(频率)和强度分布的记录,即光谱。

(2)光谱分类(3)光谱分析:利用每种原子都有自己的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。

(4)氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式1λ=R∞122-1n2(n=3,4,5,…),式中R∞叫作里德伯常量,R∞=1.10×判断正误(1)各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几个特定的频率。()(2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。()(3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。()例1如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图,图中的显微镜可在圆周轨道上转动,通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是()A.在图中的A、B两位置分别进行观察,相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B.在图中的B位置进行观察,屏上观察不到任何闪光C.卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹例2(2024·浙江1月选考,12)氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示,此四条谱线满足巴耳末公式1λ=R∞122-1n2,n=3,4,5,6。用Hδ和HA.照射同一单缝衍射装置,Hδ光的中央明条纹宽度宽B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖,Hδ光的侧移量小C.以相同功率发射的细光束,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的饱和光电流小听课笔记

考点二玻尔理论与能级跃迁1.玻尔理论的基本假设(1)定态假设: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)跃迁假设:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为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=(m<n,h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)。

(3)轨道假设: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。

2.氢原子能级和能级公式(1)氢原子能级图(如图所示)(2)氢原子能级公式En=(n=1,2,3,…),其中基态的能量E1最低,其数值为E1=-13.6eV。

3.两类能级跃迁(1)自发跃迁高能级(n)低能级(m)→放出能量,发射光子,hν=En-Em。①一个氢原子自发跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)条。②一群氢原子自发跃迁发出可能的光谱线条数N=Cn2=n(2)受激跃迁低能级(m)高能级(n)→吸收能量。①光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于能级差,hν=En-Em。②碰撞、加热等:只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可,E外≥En-Em。③大于电离能的光子被吸收,原子将电离。4.电离电离态:n=∞,E=0。基态→电离态:E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV。激发态→电离态:E吸>0-En=|En|。若吸收能量足够大,克服电离能后,获得的自由电子还携带动能。判断正误(1)玻尔认为原子的能量是量子化的,不能连续取值。()(2)处于基态的原子是不稳定的,会自发地向其他能级跃迁,放出光子。()例3(2024·安徽卷,1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图,已知紫外光的光子能量大于3.11eV,当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射不同频率的紫外光有()A.1种 B.2种C.3种 D.4种听课笔记

例4(2023·山东卷,1)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射出频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为()A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3 C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3考点三原子核的衰变及半衰期1.原子核的组成:原子核是由和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的。

2.天然放射现象(1)放射性元素地发出射线的现象,首先由发现。天然放射现象的发现,说明具有复杂的结构。

(2)放射性同位素的应用与防护应用:消除静电、工业探伤、作为示踪原子、培养优良品种。防护:防止放射线对人体组织的伤害。3.原子核的衰变(1)衰变:原子核自发地放出,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

(2)α衰变和β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程ZAX→Z-2ZAX→Z+1衰变实质2个质子和2个中子结合成一个241个中子转化为1个质子和1个电子211H+2001n→1匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(3)三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核2+2e4u最强最弱β射线电子-1-e11较强较强γ射线光子γ00最弱最强4.半衰期(1)定义:放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间。半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。

(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

(3)公式:N余=N原12tτ,m余=m5.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素:有放射性同位素和放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。

(2)应用:放射治疗、培优、保鲜、做等。

(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害。判断正误(1)α和β射线是同时由一个原子核射出的。()(2)原子核发生衰变时质量数和电荷数都改变。()(3)原子核可以单纯地发生γ衰变。()(4)半衰期就是两个原子核中有一个发生了衰变时用的时间。()(5)放射性元素衰变的快慢与原子所处的化学状态以及温度、压强等外部条件无关。()例5(2024·山东卷,1)2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知3890Sr衰变为3990Y的半衰期约为29年;94238Pu衰变为92234U的半衰期约为87年。现用相同数目的3890A.3890Sr衰变为3990B.94238Pu衰变为92234C.50年后,剩余的3890Sr数目大于D.87年后,剩余的3890Sr数目小于听课笔记

例6(多选)有一匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,一个原来静止在A处的原子核,发生衰变放射出某种粒子,两个新核的运动轨迹如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是()A.原子核发生α衰变,根据已知条件可以算出两个新核的质量比B.衰变形成的两个粒子带同种电荷C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2=r1∶r2听课笔记

考点四核反应及核能的计算1.核力与结合能(1)核力:原子核内部,间所特有的相互作用力,作用范围只有10-15m。

(2)质能方程:核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=。

(3)结合能:核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时的能量,叫作原子核的结合能,亦称核能。

(4)比结合能:原子核的结合能与之比,称作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越,原子核中核子结合得越牢固,原子核越。

2.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发92238UTh+β衰变自发90234ThPa+重核裂变容易人工控制92235U+01nBa+92235U+01nXe+轻核聚变很难控制12H+13H人工转变人工控制714N+24He(卢瑟福发现质子)24He+49Be(查德威克发现中子)1327Al+

+0约里奥·居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子15301430Si+3.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正电子(+1(2)掌握核反应方程遵循的规律:质量数守恒,电荷数守恒。(3)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。4.核能的计算(1)对质能方程的理解①一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2。②核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即ΔE=Δmc2。③原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2。(2)核能的计算①根据ΔE=Δmc2计算,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/u计算。因为1原子质量单位(1u)相当于931.5MeV,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。判断正误(1)核力同万有引力一样总是相互吸引的。()(2)核力只发生在相邻的核子之间。()(3)质量可以转化为能量,能量也可以转化为质量。()(4)热核反应就是原子核的温度很高的反应。()例7(2024·浙江1月选考,7)已知氘核质量为2.0141u,氚核质量为3.0161u,氦核质量为4.0026u,中子质量为1.0087u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol-1,氘核摩尔质量为2g·mol-1,1u相当于931.5MeV。关于氘与氚聚变成氦,下列说法正确的是()A.