第十二单元课时2 原子结构　原子核

1、2021新亮剑高考总复习第十二单元波粒二象性原子结构与原子核课时2原子结构原子核1磨剑课前自学目录CONTENTS2悟剑课堂精讲悟剑课堂精讲磨剑课前自学目 录 磨剑课前自学必备知识基础过关目 录必备知识第4页考点巧讲基础过关一、原子物理1. 原子的核式结构(1)19091911 年,英籍物理学家卢 结构模型。瑟福进行了 粒子散射实验,提出了原子核式(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”,如图所示。(3) 原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很 电子在正电体的

2、外面运动。 小,但几乎占有全部质量,目 录必备知识第5页考点巧讲基础过关2. 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。这在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。3. 玻尔理论和能级变迁(1) 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子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。(2) 跃迁:电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En,mn)时,会放出能量为h的光子,

3、这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即h= Em-En(h是普朗克常量,h=6.6310-34 Js) 。 目 录必备知识第6页考点巧讲基础过关(3) 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(4) 氢原子能级公式:En= 1 E1(n=1,2,3,),其中 E1 为基态能量,其数值为 E1=-13.6eV。二、天然放射现象和原子核1. 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a. 放射性同位素:有天

4、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。b. 应用:消除静电、工业探伤、做示踪原子等。c. 防护:防止放射性对人体组织的伤害。 目 录必备知识第7页考点巧讲基础过关2. 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a.核电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=原子的核外电子数。b.质量数(A)= 核子数=质子数+中子数。3. 原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变a. 原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原 b. 分类 衰变:X-4Y+ 4He。子核的变化称为原子核的衰变。-22 衰变:X Y+ 0 e 。+1

5、-1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。c. 两个典型的衰变方程目 录必备知识第8页考点巧讲基础过关 衰变:238 U234 Th+4He。92902 衰变:234 Th234 Pa+0e。90(2) 半衰期91-1a. 定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。b. 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 1 ,m 余=m 原 1 。224. 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

6、应的能量 E=mc2。(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 E=mc2。 目 录必备知识基础过关考点巧讲第9页1.(2019 年湖南常德模拟考试)(多选)如图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,下列说法中正确的是(ABD)。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比 A 位置时少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 目 录必备知

7、识基础过关考点巧讲第10页2.(2019 年湖南长沙段考)下列有关氢原子光谱的说法正确的是(B)。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量是连续的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 目 录必备知识基础过关考点巧讲第11页3.(2019 年湖北襄阳 10 月检测)(多选)如图是氢原子的能级图,一群氢原子处于 n=3 能级,下列说法中正确的是( AC )。A. 这群氢原子跃迁时能够发出 3 种不同频率的光B. 这群氢原子发出的光子中,能量最大为 10.2 eVC. 从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时发出的光波长最长D. 这群

8、氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁 目 录必备知识基础过关考点巧讲第12页4.(2019 年湖北武汉单元检测)有关原子结构和原子核的认识,下列说法正确的是(B)。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. 0 Bi 的半衰期是 5 天,100 克 210 Bi 经过 10 天后还剩下 50 克8383目 录必备知识基础过关考点巧讲第13页5.(2019 年福建龙岩测验)太阳内部持续不断地发生着4 个质子(1H)聚变为1 个氦核(4He)12的热核反应,核反应方程是41H4He+2X,这个核反应释放

9、出大量核能。已知质子、氦核120X 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(1n)-1B. 方程中的 X 表示电子(0e)C. 这个核反应中质量亏损 m=4m1-m2D. 这个核反应中释放的核能 E=(4m1-m2-2m3)c2 D)。目 录磨剑课前自学悟剑课堂精讲 悟剑课堂精讲考点巧讲玻尔理论和氢原子能级结构二衰变规律及实质三核反应类型及核能计算用“守恒观点”解核反应中的综合问题目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第15页 玻尔理论和氢原子能级结构相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1,2,3,”表

10、示量子数横线右端的数字“-13.6,-3.4,”表示氢原子的能量(可以发现:En= 1 E1)n2相邻横线间的距离表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差越小,距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁的条件为h=Em-En 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第16页2. 对原子跃迁条件 h=Em-En 的说明(1) 原子跃迁条件 h=Em-En 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。(2) 当光子能量大于或等于 13.6eV 时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于 13.6 eV 时,氢原子电离后,电子具有

11、一定的初动能。(3) 原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁。3. 氢原子由激发态向基态或其他较低能级跃迁,具有随机性,一个原子会有多种可能的跃迁。一群氢原子处于激发态,则各种可能的跃迁都会发生,所以会同时得到氢原子辐射的全部光子种类。4. 跃迁和电离只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(h=E1-E2)时,原子才吸收光子并跃迁到激发态;当照射光子的能量大于基态能级的绝对值(即电离能)时,光子一定能被原子吸收并使之电离,剩余能量为自由电子的动能。

12、目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第17页例 1(2019 年全国卷,T14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV 的光为可见光。要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为( A)。A.12.09 eVB.10.20 eVC.1.89 eVD.1.51 eV 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第18页氢原子从3 能级向第 2 能级跃迁时,子激发到第 3 能级,因此最少应给氢原子提供确。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第19页氢原子能级图与氢原子跃迁问题的解答技巧(1) 能级之间发生跃迁时放出的光子频率是不连续

13、的。(2) 能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 h=Em-En 求得,而波长可由公式 c= 求得。(3) 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)条。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:用数学中的组合知识求解:N=C2 =(-1)。2利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第20页变式 1(2019 年湖北武汉实验中学一模)(多选)如图为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子跃迁的理解正确的是(BCD)。A. 如果用能量为 10.3 eV 的光照射 n=1 能级的氢原子,该能级的氢原

14、子能跃迁到较高的能级B. 大量处于 n=4 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,最多向外辐射 6 种不同频率的光子C. 大量处于 n=3 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,用发出的光照射逸出功为 3.34 eV 的金属,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为 8.75 eVD. 如果用能量为 14.0 eV 的光照射 n=1 能级的氢原子,该能级的氢原子能发生电离 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第21页4如果用能量为 10.3 eV 的光照射 n=1 能级的氢原子,若氢原子吸收后原子能量为-3.3 eV, 可知该光子能量不能被吸收发生跃迁,A 项错误。根据C2=6 知,大量处于 n=4

15、 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,最多向外辐射 6 种不同频率的光子,B 项正确。大量处于 n=3 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,辐射的最大光子能量 E=-1.51 eV-(-13.6) eV=12.09 eV,根据光电效应方程得,光电子的最大初动能 Ekm=h-W0=12.09 eV-3.34 eV=8.75 eV,C 项正确如果用能量为14.0 eV 的光照射n=1 能级的氢原子,氢原子吸收该光子能量后原子能量大于零,即氢原子发生电离,D 项正确。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第22页二 衰变规律及实质1. 衰变、 衰变的比较衰变类型 衰变 衰变衰变过程AA-4XY+4

16、HeZZ-22AXA Y+0e ZZ+1-1衰变实质2 个质子和 2 个中子结合成一个整体射出21H+21n4He1021 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子1n1H+0e 01-1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 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第23页 射线: 射线经常是伴随着 射线和 射线产生的。其实质是放射性原子核在发生 衰变、 衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出的光子。2. 确定衰变次数的方法3. 半衰期半衰期的计算:根据半衰期的概念,可总结出公式。N 余=N 原 1 ,m 余=m 原 1 ,式中 N 原、m 原

17、表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N 余、m 余表示22衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t 表示衰变时间, 表示半衰期。目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第24页射线名称比较项目 射线 射线 射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e-e0质量4mpp1836静止质量为零符号42He0-1e速度可达 0.1c可达 0.99cc垂直进入电场或磁场的偏转情况偏转偏转不偏转贯穿本领最弱较强最强对空气的电离作用很强较弱很弱4. 三种射线的比较目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第25页AB目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第26页目 录 必备知识 基础过关

18、 考点巧讲 第27页变式 2(2019 年山东枣庄质量调研)(多选)日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘 131,碘131 是放射性同位素,衰变时会发出 射线与 射线,碘 131 被人摄入后,会身体健康,由此引起了全世界的关注。下列关于核辐射的相关知识,说法正确的是( AD )。A.人类无法通过改变外部环境来改变碘 131 衰变的快慢B. 若碘 131 的半衰期为 8.3 天,则 4 个碘原子核经 16.6 天后就一定剩下一个原子核C. 射线与 射线都是电磁波,但 射线穿透本领比 射线强D. 碘 131 发生 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 目 录 必备知识 基础过关

19、考点巧讲 第28页衰变的快慢是由放射性元素本身决定的,与外部环境无关,A 项正确。半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数几个原子核无意义,B 项错误。 射线是高速电子流,01-1射线是电磁波,故 C 项错误。 衰变的实质是 1n1H+0e,D 项正确。目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第29页三 核反应类型及核能计算1. 核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变 衰变自发238U234 Th+4He92902 衰变自发234Th234 Pa+0e 9091-1人工转变人工控制7N+2He 8 O+1H(卢瑟福发现质子)1441714He+9Be12 C+1n(查德威克发现中子)246

20、027Al+4He30P+1n132150(约里奥居里夫妇发现放射性同位素及正电子)30P30 Si+0e15141 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第30页(续表)2. 核反应方程的书写(1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。(2)掌握常见的主要核反应方程式,并知道其意义。(3) 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(1H)、中子(1n)、 粒子(4He)、粒子(0 e)、正电子(0e)、氘核(2H)、氚核(3H)等。102-1+111目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第31页(4) 掌握核反应方程遵守的规律,是正确书写核反应方程或判断某个核反应方

21、程是否正确的依据,由于核 反应不可逆,所以书写核反应方程时只能用“”表示反应方向。3. 核能的计算方法(1) 应用质能方程解题的流程图书写核反应方程计算质量亏损 m利用 E=mc2 计算释放的核能(2) 核能的计算方法根据 E=mc2 计算时,m 的单位是“kg”,c 的单位是“m/s”,E 的单位是“J”。根据 E=m931.5 MeV 计算时,m 的单位是“u”,E 的单位是“MeV”。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。核反应前系统内所有原子核 的总结合能与反应后所有原子核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的能量。 结合动量守恒定律和能量守恒定律进行

22、分析计算,此时要注意动量、动能关系式 p2=2mEk 的应用。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第32页例 3(2019 年全国卷,T15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环,循环的结果可表示为41H4He+20e+2121已知 1H 和 4He 的质量分别为 m =1.0078 u 和 m =4.0026 u,1 u=931 MeV/c2,c 为光速。在 4 个 1H 转变12p12成 1 个 4He 的过程中,释放的能量约为(C)。A.8 MeVB.16 MeVC.26 MeVD.52 MeV目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第33页忽略电子质量,核反应中的质量亏损 m=

23、4mp-m,释放的能量 E解得 E26 MeV,C 项正确。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第34页AD目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第35页核聚变没有聚变,B 项错误。轻核聚变成质量错误,D 项正确。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第36页变式 3(2019 年江西省南昌单元检测)在下列描述核过程的方程中,属于 衰变的是 C ,属于 衰变的是 AB ,属于裂变的是 E ,属于聚变的是 F 。(填正确答案标号)A.14 C14 N+ 0 e67-1B.32 P32 S+ 0 e1516-1C.238 U234 Th+4He92902D.14 N+4He17 O+1H72

24、81E.235 U+1n140 Xe+94Sr+21n92054380F.3H+2H4He+1n 1120目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第37页目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第38页思想方法用“守恒观点”解核反应中的综合问题1. 核反应过程遵循能量守恒定律:在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成 的新核和新粒子的动能;有光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子 的动能及光子的能量。一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核 的总动能。2. 核反应过程遵循动量守恒定律:反应前所有粒子的总动量等于反应后所有粒子的总动量。3.

25、 解决核反应与动量及能量守恒定律综合问题时,首先应用质能方程求出核反应释放出的核 能,其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程,最后联立求解。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第39页2例 5(2019 年武汉华师一附中月考)(多选)现有两动能均为 E =0.35 MeV 的H 在一条直线上相向运01动,两个 2H 发生对撞后能发生核反应,得到 3He 和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为 3He122和新粒子的动能。已知 2H 的质量为 2.0141 u,3He 的质量为 3.0160 u,新粒子的质量为 1.0087 u,核反应时12质量亏损 1 u 释放的核能约为

26、 931 MeV(如果涉及计算,结果保留整数)。则下列说法正确的是( CD )。A. 核反应方程为 2H+2H3He+1H1121B. 核反应前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为 3 MeV2D.3He 的动能约为 1 MeV 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第40页由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知 2H+2H3He+1n,则新粒子为中子 1 n,A11200项错误;核反应过程中质量亏损,释放能量,亏损质量释放能量的过程,仍然满足能量守 恒定律,B 项错误;由题意可知 E=(2.0141 u2-3.0160 u-1.0087 u)931 MeV/u3.3 MeV,根据核反应中系统的能量守恒有 E