2027届新高考物理热点精准复习　原子结构　原子核

2027届新高考物理热点精准复习原子结构原子核学习目标:1.知道原子的核式结构,了解氢原子光谱,掌握玻尔理论及能级跃迁规律。2.了解原子核的组成及核力的性质,了解半衰期及其统计意义。3.认识原子核的结合能,了解核裂变及核聚变,能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程。×√√×√××××√解析

1.×

α粒子大角度偏转是因为它靠近了原子中心带正电、质量大的原子核,受到强库仑斥力,而非与质量很小的电子碰撞。2.√3.√

原子核体积只占原子体积的极小部分,但集中了几乎全部质量和全部正电荷。4.×

玻尔理论能成功解释氢原子及类氢离子的光谱,但对多电子原子(如氦原子)光谱的解释与实验不符。5.√

γ射线是光子流,穿透力最强;β射线是电子流,次之;α射线是氦核流,穿透力最弱。6.×

β衰变实质是核内中子转变为质子并放出一个电子,新核电荷数增加1。7.×

半衰期是统计规律,对大量原子核成立,对少量(如100个)原子核无意义。8.×

核力是核子间的强相互作用,是短程力;库仑力是电磁相互作用。二者性质不同。9.×

核反应既有释放能量的(如裂变、聚变),也有吸收能量的。10.√

根据质能方程,质量亏损意味着反应前后质量减少,相应质量转化为能量(核能)释放。考点一原子结构和氢原子光谱1.原子结构(1)电子的发现:物理学家

发现了电子。

(2)α粒子散射实验:1909年,物理学家

和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿

方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。

(3)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

和几乎全部

都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。J.J.汤姆孙卢瑟福原来正电荷质量

波长吸收连续特征特征谱线典例1

如图所示为α粒子散射的实验装置示意图。将显微镜先后置于图中的A点和B点,在这两点观察的时间相同,则(

)A.在B点一定观察不到闪光B.在A、B两点观察到的闪光次数接近C.在B点能观察到闪光,主要因为α粒子通过金箔时与电子发生碰撞D.在A点观察到的闪光次数远多于在B点观察到的,说明金原子内部非常空旷D解析

α粒子散射的实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,少数α粒子发生大角度的偏转,极少数α粒子偏转角度大于90°,即个别α粒子反弹回来,所以在B位置能观察到闪光,但次数远小于A处的,也表明金原子内部非常空旷,故A、B错误,D正确;在B点能观察到闪光,是α粒子与原子核之间相互作用的结果,并不是因为α粒子通过金箔时与电子发生碰撞,故C错误。故选D。考点二玻尔原子理论能级跃迁1.玻尔原子理论的基本假设(1)轨道量子化与定态①轨道量子化:电子运行轨道半径不是任意的,而是

的,电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的,不产生电磁辐射。

半径公式:rn=

(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径,r1=0.53×10-10m。

②定态:电子在不同轨道上运动时,具有不同的能量,原子的能量也只能取一系列特定的值,这些

的能量值叫能级,具有确定能量的

,称为定态。

能级公式:En=

,其中E1为基态能量,对于氢原子来说,E1=

。

量子化n2r1量子化稳定状态

-13.6eV(2)跃迁——频率条件①跃迁:原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。②频率条件自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。释放光子的频率满足hν=ΔE=E高-E低。受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν=ΔE=E高-E低。2.电离(1)电离态:n=∞,E=0。(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。(3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。典例2

一价氦离子(He+)的能级图如图所示,根据玻尔原子理论,下列说法正确的是(

)A.能级越高,氦离子越稳定B.n=1时,氦离子处于第一激发态C.从n=2跃迁到n=1比从n=3跃迁到n=2辐射出的光子动量小D.一个处于n=4能级的氦离子跃迁到基态的过程中,可能辐射两种频率的光子D

典例3

如图所示,图甲为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出频率不同的大量光子,其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时,光电流随光电管两端电压变化的图像如图丙。求:(1)频率最高的光子能量;(2)阴极K的逸出功。答案

(1)12.75eV

(2)7.75eV解析

(1)处于n=4激发态的氢原子跃迁时,频率最高的光子能量为E=hνm=E4-E1=12.75

eV。(2)根据爱因斯坦方程有hνm=W0+Ek,由图3可知Ek=eUc=5

eV,解得W0=7.75

eV。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。原子序数大于83的元素都能自发地发出射线,原子序数小于或等于83的元素,有的也能发出射线。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

核

+2e4u最

最

β射线

-e较强较强γ射线光子γ00最

最

质子质子数自发贝克勒尔原子核氦强弱电子弱强4.原子核的衰变(1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。(2)α衰变、β衰变(3)γ射线:γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。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匀强磁场中轨迹形状

衰变规律

守恒、质量数守恒

电荷数

核内部自身的因素无关天然人工示踪原子

B

典例5

静止的钚-238在磁场中衰变产生的粒子和新核在磁场中运动的轨迹如题图所示,则(

)A.a为α粒子轨迹B.b为β粒子轨迹C.新核和衰变粒子圆周运动方向相反D.新核和衰变粒子动量相同C

典例6

居里夫人一份约120年前的手稿被保存在法国国立图书馆,记载了放射性元素钋和镭的发现。手稿中残留有镭,至今仍具有放射性,因此存放在铅盒里。已知镭的半衰期是1620年,如图所示,在表示镭含量的直方图中,“今年”表示今年手稿上镭的含量,则可以表示当年手稿上镭含量的是(

)A.①

B.②

C.③

D.④B

考点四核反应方程与核能的计算1.核反应的四种类型

类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变自发人工转变人工控制(基本粒子轰击原子核)约里奥—居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子

类型可控性核反应方程典例重核裂变容易控制(慢中子、链式反应)轻核聚变现阶段很难控制(需要极高温度——一般由核裂变提供)

2.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(

)、中子(

)、α粒子(

)、β粒子(

)、正电子(

)、氘核(

)、氚核(

)等。

(2)掌握核反应方程遵循的规律:

守恒,

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。

质量数电荷数3.核力和核能(1)核力:原子核内部,

间所特有的相互作用力。核力是强相互作用,为短程力,作用范围只有约10-15m,与电性无关。

(2)结合能:原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们

需要的能量,叫作原子核的结合能,也叫核能。

(3)比结合能:原子核的结合能与

之比,叫作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越大,原子核中核子结合得越

,原子核越

。核子分开核子数牢固稳定4.质量亏损凡是释放核能的核反应,反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和

,两者的差值就叫

。

5.质能方程(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系:

。

(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应减少的能量ΔE=

。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=

。

变小质量亏损E=mc2Δmc2Δmc26.核能的计算(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能。①ΔE=Δmc2中,若Δm的单位为“kg”,c的单位为“m/s”,则ΔE的单位为“J”。②ΔE=Δmc2中,