2018年高考物理一轮复习 专题13.4 原子结构 原子核教学案

1、专题13.4 原子结构 原子核1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.4.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题 一、原子结构光谱和能级跃迁1电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”2原子的核式结构(1)19091911年，英籍物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了核式结构模型图1(2)粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞了回来”

2、，如图1所示(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动3氢原子光谱(1)光谱：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，即光谱(2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式R()(n3,4,5，R是里德伯常量，R1.10107m1)(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线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4氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原

3、子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量跃迁：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h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.631034Js)轨道：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不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的(2)能级和半径公式：能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6eV.半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010m.5氢原子的能级图能级图如图2所示图2二、原子核核

4、反应和核能1原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子质子带正电，中子不带电(2)基本关系核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数质量数(A)核子数质子数中子数(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数2天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构(2)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等防护：防止放射性对人体组织的伤害3原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核放出

5、粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变分类衰变：XYHe衰变：XYe当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射两个典型的衰变方程衰变：UThHe衰变：ThPae.(2)半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，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，m余m原.4核力和核能(1)原子核内部，核子间所特有的相互作用力(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其对应的能量Emc2.(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m，吸收的能量为Emc2.高

6、频考点一原子的核式结构例1、(多选)(2016天津理综6)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是()A赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B查德威克用粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子C贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型答案AC 【举一反三】(多选)如图3所示为卢瑟福和他的同事们做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()图3A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

7、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，但次数极少答案ABD解析根据粒子散射现象，绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒子发生较大偏转，A、B、D正确【变式探究】(多选)下列说法正确的是()A汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型”B卢瑟福做粒子散射实验时发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数粒子发生大角度偏转C粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上D卢瑟福提出了原子核式结构模型，并解释了粒子发生大角度偏转的原因答案BCD解析汤姆孙发现了电

8、子符合物理史实，但电子电荷量是密立根测定的，A错误，B、C、D都符合物理史实【举一反三】(多选)在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步下列表述符合物理学史实的是()A普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论B爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说C卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型D贝可勒尔通过对天然放射性的研究，发现原子核是由质子和中子组成的答案ABC高频考点二玻尔理论和能级跃迁例2、(多选)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

9、氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关答案BC解析由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级EnE1，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C正确；当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为EEnEmE1E1E1h，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差有关，故D错误；由于氢原子发射的光子的能量EE1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A错误，B正确【举一反三】(多选)如图5是氢原子的能级图，一群氢原子处于n3能级，下列说法中正确的是()图5A这群氢原子跃迁时能够发出3种不

10、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n3能级跃迁到n2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答案AC【变式探究】一群处于n4能级的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，最多发射出的谱线为()A3种B4种C5种D6种答案D解析一群处于n4能级的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，最多发射出的谱线为C6种，选D.【举一反三】一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中()A可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线B可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线C只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线D只发

11、出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线答案B高频考点三原子核及核反应例3、(2016全国35(1)在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen答案CABEF解析衰变是一种放射性衰变，粒子(He)会从原子核中射出，C项符合要求，衰变是指自原子核内自发地放出一个电子(e)，同时原子序数加1的过程，A、B两项符合要求，裂变是指一些质量非常大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，只有E项符合

12、要求聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程，F项符合要求【变式探究】(多选)(2016全国35(1)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*.下列说法正确的是()A核反应方程为pAlSi*B核反应过程中系统动量守恒C核反应过程中系统能量不守恒D核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和答案AB解析根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为pAlSi*，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能

13、量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误【举一反三】(多选)关于核反应方程ThPaXE(E为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2 min，则下列说法正确的是()A此反应为衰变B.Pa核和Th核具有相同的质量C.Pa具有放射性D64 g的Th经过6 min还有1 gTh尚未衰变答案AC【变式探究】目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病根据有关放射性知识可知，下列说法

14、正确的是()A氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了B衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱D发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4答案B解析半衰期遵循统计规律，对单个或少数原子核是没有意义的，A错误根据3种射线的特性及衰变实质可知B正确，C、D错误1(多选)(2016天津理综6)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是()A赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B查德威克用粒子轰击N获得反

15、冲核O，发现了中子C贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型答案AC2.(2016全国35(1)在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen答案CABEF解析衰变是一种放射性衰变，粒子(He)会从原子核中射出，C项符合要求，衰变是指自原子核内自发地放出一个电子(e)，同时原子序数加1的过程，A、B两项符合要求，裂变是指一些质量非常大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量

16、较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，只有E项符合要求聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程，F项符合要求3(2016北京理综13)处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A1种B2种C3种 D4种解析：处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C，所以处于n3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C3种，故C项正确。答案：C42016浙江自选，14(1)以下说法正确的是()A氢原子的能量是量子化的B在核反应过程中，质子数守恒C半衰期越大，原子核衰变越快D如果一个系统不受外力，系统的总动量一定为零答案

17、：A1(2015重庆理综1)图4中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里以下判断可能正确的是()图4Aa、b为粒子的径迹Ba、b为粒子的径迹Cc、d为粒子的径迹Dc、d为粒子的径迹答案D解析粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确2.【2015江苏12C（3）】1取质子的质量mp=1.672610-27kg，中子的质量mn=1.674910-27kg，粒子的质m=6.646710-27kg，光速c=3108m/s，请计算粒子的

18、结合能，（计算结果保留两位有效数字）【答案】【解析】根据爱因斯坦质能方程，可求：3.【2015福建30（2）】3如图，两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动，滑块A的质量为m，速度为2v0，方向向右，滑块B的质量为2m，速度大小为v0，方向向左，两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是 。AA和B都向左运动 BA和B都向右运动 CA静止，B向右运动 DA向左运动，B向右运动【答案】D4.【2015天津1】2物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是A天然放射现象说明原子核内部是有结构的B电子的发现使人认识到原子具有核式结构C粒子散射实验的重要发现是电荷时量子化

19、的D密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的【答案】A【解析】卢瑟福的粒子散射实使人们认识到原子的核式结构，电子的发现使人们认识到原子并不是自然界中的最小粒子，是有结构的，所以选项BC错误； 天然放射性现象使人们认识到原子核是由更小的核子组成，选项A正确； 密立根油滴实验测定了元电荷的大小，D错误。5.【2015广东18】6科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为：XY4.9MeV和X17.6MeV，下列表述正确的有AX是中子 BY的质子数是3，中子数是6C两个核反应都没有质量亏损 D氘和氚的核反应是核聚变反应【答案】AD6.【2015江苏12C（2）】8核电站利

20、用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， 是常用的核燃料。受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要_（选填“大于”或者“小于”）它的临界体积。【答案】3 大于【解析】由质量数和电荷数守可知：，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。7.【2015上海5】10铀核可以发生衰变和裂变，铀核的A衰变和裂变都能自发发生 B衰变和裂变都不能自发发生C衰变能自发发生而裂变不能自发发生 D衰变不能自发发生而裂变能自发发生【答案】C【解析】铀是天然放射性元素，所以铀核的衰变是能自发发生，而铀核的裂变是人工实现的，是用中子轰击铀核实现

21、的，所以铀核的裂变，不能自发发生，故A、B、D错误，C正确。8.【2015上海6】11经过一系列衰变和衰变后变成，则比少A16个中子，8个质子 B8个中子，16个质子C24个中子，8个质子 D8个中子，24个质子【答案】A【解析】比质子数少（90-82）=8个，核子数少（232-208）=24个，所以中子数少（24-8）=16个，故A正确；B、C、D错误。9.【2015福建30（1）】14下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是 。A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5

22、0克【答案】B10.【2015山东39（1）】15发生放射性衰变为，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内与的比例不变；生命活动结束后，的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是_。（双选，填正确答案标号）a该古木的年代距今约为5700年b、具有相同的中子数c衰变为的过程中放出射线d增加样品测量环境的压强将加速的衰变【答案】ac【解析】因古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项a正确；、具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项b错误；根据核

23、反应方程可知，衰变为的过程中放出电子，即发出射线，选项c正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项d错误；故选ac.11.【2015海南17（1）】5氢原子基态的能量为。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96，频率最小的光子的能量为eV（保留2位有效数字），这些光子可具有种不同的频率。【答案】，10【解析】频率最大的光子能量为0.96，即，解得即，从能级开始，共有，10种不同频率的光子，频率最小的光子能量为是从，最小为12.【2015上海7】12在粒子散射实验中，电子对粒子运动的影响可以忽略，这是因为与粒子相比，电子A电量太小 B速度太小 C

24、体积太小 D质量太小【答案】D【解析】在粒子散射实验中，由于电子的质量太小，电子的质量只有粒子的，它对粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。故D正确，A、B、C错误。1(2014上海卷，3)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是()A原子中心有一个很小的原子核B原子核是由质子和中子组成的C原子质量几乎全部集中在原子核内D原子的正电荷全部集中在原子核内答案B2.(多选) (2014山东卷，39)氢原子能级如图4，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的是()图4A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB用波长为3

25、25 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级解析由玻尔的能级跃迁公式EmEnhh得：E3E2h，E2E1h，又1656 nm，结合能级图上的能级值解得2122 nmh1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为h2h1.故选项D正确答案 D6根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型如图1-3-9所示为原子核式结构模型的粒子散射图景图中实线表示粒子的运动轨迹其中一个粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(粒子在b点时

26、距原子核最近)，下列判断正确的是()图13-3-1A粒子的动能先增大后减小B粒子的电势能先增大后减小C粒子的加速度先变小后变大D电场力对粒子先做正功后做负功答案B7氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为E154.4 eV，氦离子的能级示意图如图13-3-3所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()图13-3-2A42.8 eV(光子) B43.2 eV(电子)C41.0 eV(电子) D54.4 eV(光子)解析由于光子能量不可分，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收，故A项中光子不能被吸收，D项中光子能被吸收；而

27、实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收，故B、C两项中电子均能被吸收答案A8一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A核反应方程是HnHB聚变反应中的质量亏损mm1m2m3C辐射出的光子的能量E(m3m1m2)cD光子的波长解析此核反应的核反应方程为HnH，A错；由质能方程，光子的能量为E(m1m2m3)c2，C错；由Eh知，波长，D错；故B正确答案B9太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4HHe2X，这个核反应释

28、放出大量核能已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是()A方程中的X表示中子(n)B方程中的X表示电子(e)C这个核反应中质量亏损m4m1m2D这个核反应中释放的核能E(4m1m22m3)c2答案D10我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：(1)UnSrXekn(2)HHHedn关于这两个方程的下列说法，正确的是()A方程(1)属于衰变B方程(2)属于轻核聚变C方程(1)中k10，方程(2)中d1D方程(1)中k6，方程(2)中d1解析本题考查核反应方程(1)为典型的裂变方程，故A选项错误(2)为聚变反应，故B项正确根据质量数守恒和电荷数守

29、恒定律可得k10，d1，故C选项正确答案BC11放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(射线、射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：同位素90Sr210Po238Pu射线半衰期28年138天89.6年若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是()A90Sr的半衰期较长，使用寿命较长，放出的射线比射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄B210Po的半衰期最短，使用寿命最长，放出的射线比射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄C238Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的射线比射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄D放射性同位素在发生衰变时，