專題37原子結(jié)構(gòu)原子核

1、專題 37 原子結(jié)構(gòu)原子核教學目標： 1了解氫原子光譜，了解氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式2了解原子核的組成、放射性、原子核衰變、半衰期，放射性同位素3了解核力、核反應(yīng)方程，結(jié)合能、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆。本講重點： 原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的 組成及核能的開發(fā)與利用本講難點： 1原子核的組成和核能2原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成及核能考點點撥： 1原子結(jié)構(gòu)、氫原子能級2原子核的組成3核能第一課時一、考點掃描4氫原子能級及氫光譜1）氫原子能級：2）氫光譜在氫光譜中， n=2，3，4，5，向 n=1 躍遷發(fā)光形成賴曼線系； n=3，4，5，6 向 n=2 躍進遷發(fā)光形成馬爾末線系； n=4，

2、5，6，7向 n=3 躍遷發(fā)光形成帕邢線系； n=5，6，7，8向 n=4 躍遷發(fā)光形成布喇開線系，其中只有馬爾末線生活費的前 4 條譜線 落在可見光區(qū)域內(nèi)。5天然放射現(xiàn)象1）天然放射現(xiàn)象中三種射線及其物質(zhì)微粒的有關(guān)特性的比較。nE /eV04-0.8533-1.51E22-3.4E1E31-13.6氫原子的能級圖射線射線射線射線物質(zhì)微粒氦核 24 He電子 10 e光子帶電情況帶正電（ 2e）帶負電（ - e）不帶電速度約為 1 c接近 c10貫穿本領(lǐng)?。諝庵酗w行幾厘米）中（穿透幾毫米鋁板）大（穿透幾厘米鉛板）電離作用強次弱三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較：6半

3、衰期（1）定義：放射性元素的原子核有_ _發(fā)生衰變所需要的時間。（2）意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度。（3）特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的 _狀態(tài)或 _狀態(tài)無 關(guān)。（4）理解： N0（大量）個某種放射性元素的核，經(jīng)過時間t 后剩下的這種核的個數(shù)為11TT，衰變了一0 N20半，再經(jīng)過一個半衰期T，全部衰變完。第二種錯誤是：若有10 個放射性元素的核，經(jīng)過一個半衰期 T，將衰變5 個。事實上， 而對于少量的核（如10 個），是無法確定其衰變所需要的時間的。7原子核的人工轉(zhuǎn)變和原子核的組成用高速運動的粒子去轟擊原子核，是揭開原子核內(nèi)部奧秘的要本方法。轟擊結(jié)果產(chǎn)生了另一種新核，其

4、核反應(yīng)方程的一般形式為ZA Xx ZAY y,8核能1）核反應(yīng)中放出的能叫 _。2）質(zhì)量虧損：核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做 _ 。（二）重難點闡釋1 粒子散射的簡單解釋。首先， 由于質(zhì)量的懸殊便可判定，粒子的偏轉(zhuǎn)不會是因為電子的影響，而只能是因為原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)的作用而引起的；其次，原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)不應(yīng)是均勻分布的（否則對所有的粒子來說散射情況應(yīng)該是一樣的），而“絕大多數(shù)” “少數(shù)”和“極少數(shù)”粒子的行為的差異，充分地說明這部分帶正電的物質(zhì)只能高度地集中在在一個很小的區(qū)域內(nèi)；再次，從這三部分行為不同的粒子數(shù)量的差別的

5、統(tǒng)計，不難理解盧瑟福為什么能估算出這個區(qū)域的直徑約為10-15 m。2玻爾理論的局限性。由于引進了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。3從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)， 可以吸收 E 13.6eV 的任何光

6、子， 所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動能）。二、高考要點精析（一）原子結(jié)構(gòu)、氫原子能級考點點撥氫原子從一個能級向另一個能級躍遷時， 要吸收或放出光子， 吸收或放出的光子能量等于兩個能級的差值?！纠?1】用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為1、2、3，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：h； h； h（ +）； h1312（ 1+ 2+ 3）以上表示式中A只有正確B只 有正確C只有正確D只有正確31解析：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說明這時氫原2子

7、處于第三能級。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有h 3=E3- E 1， h 1=E3- E2， h 3 22= 2-1，可見3=h1+h2=h（ 1+ 2），所以照射光子能量可以1EEh表示為或，答案選C?？键c精煉1盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有（）A原子的中心有個核，叫做原子核B原子的正電荷均勻分布在整個原子中C原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D帶負電的電子在校外繞著核旋轉(zhuǎn)2原子從一個能級躍遷到一個較低的能級時，有可能不發(fā)射光子。例如在某條件下，鉻原子的 n=2 能級上的電子躍遷到n=1 能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級上的電子， 使之脫離原子， 這一現(xiàn)象叫做俄歇效

8、應(yīng)，以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子， 已知鉻原子的能級公式可簡化表示為EnA=n2 ，式中 n=1,2,3, 表示不同能級，A是正的已知常數(shù)，上述俄歇電子的動能是（）A 3A/16B 7A/16C 11A/16D 13A/16（二）原子核的組成考點點撥天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。要了解三種天然放射線的特性及其物質(zhì)微粒的構(gòu)成，了解衰變方程和半衰期的概念。盧瑟福首先做了用粒子轟擊氮原子核的實驗。反應(yīng)方程式147 N 142He178O 11H ，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。 1930 年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，核反應(yīng)方程49 Be 24He126 C 01n ，發(fā)現(xiàn)中子。原子核是由質(zhì)子和中子組成的。【例

9、4】 關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說法中正確的有A放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達到消除有害靜電的目的B利用 射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視C用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種D用 射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害解析： 利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電泄出。 射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視。作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的， 還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用 射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學地嚴格控制劑量。本題選D。

10、考點精煉3近年來科學家在超重元素的探測方面取得了重大進展?？茖W家們在觀察某兩個重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核ZA X 經(jīng)過 6 次 衰變后成為100253 Fm，由此可以判定該超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)依次是A.124 ， 259B.124， 265C.112， 265D.112， 2774完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中哪個是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，哪個是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。 147 N+01 n 146 C+_ 147 N+24 He 178 O+_ 105 B+01 n _+ 24He 49 Be+ 24 He _+ 01 n5626 Fe+ 21 H 5727 C

11、o+_第二課時（三）核能考點點撥計算核能的依據(jù)是愛因斯坦的質(zhì)能聯(lián)系方程。2E= mc。1 原子質(zhì)量單位的質(zhì)量跟931MeV的能量相對應(yīng)。凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。重核裂變和輕核聚變都會釋放核能。【例 6 】一個氫原子的質(zhì)量為1.6736 10-27 kg，一個鋰原子的質(zhì)量為11.6505 10-27 kg，一個氦原子的質(zhì)量為6.6467 10-27 kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)? 個 粒子， 寫出核反應(yīng)方程， 并計算該反應(yīng)釋放的核能是多少？1mg鋰原子發(fā)生這樣的反應(yīng)共釋放多少核能？解析： 1 H+7 Li2 4He反應(yīng)前一個氫原子和一個鋰原子共有8 個核外電子，反應(yīng)后兩個132氦

12、原子也是共有8 個核外電子，因此只要將一個氫原子和一個鋰原子的總質(zhì)量減去兩個氦原子的質(zhì)量， 得到的恰好是反應(yīng)前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì)量自然消掉。 由質(zhì)能方程2E= mc得釋放核能 E=2.76 10-12 J1mg鋰原子含鋰原子個數(shù)為10-6 11.6505 10-27 ，每個鋰原子對應(yīng)的釋放能量是2.76 10-12 J，所以共釋放2.37 108J 核能?！纠?8】靜止在勻強磁場中的一個105 B 核俘獲了一個速度為向v =7.3 10 4 m/s 的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成 粒子與一個新核。測得 粒子的速度為2 104 m/s，方向與反應(yīng)前中子運動的方向相同，且與磁感線方向垂直。求：寫出核

13、反應(yīng)方程。畫出核反應(yīng)生成的兩個粒子的運動軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖（磁感線方向垂直于紙面向外）。求 粒子與新核軌道半徑之比。求 粒子與新核旋轉(zhuǎn)周期之比?？键c精煉6下面是一核反應(yīng)方程12 H 13H24 He X 用 c 表示光速，則（）A X 是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2B X 是中子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2C X 是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2D X 是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c27下列核反應(yīng)方程式中，表示核聚變過程的是（）。A 1530 P 1430 Si 10 eB 12H

14、13H24He 01 nC 146C147 N01 eD 23892U23490Th 24 He考點精煉參考答案1 ACD2 C3每次 衰變質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，因此該超重元素的質(zhì)量數(shù)應(yīng)是277，電荷數(shù)應(yīng)是 112，選 D。4解：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以判定：1 H，1 H，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程117 Li ，12 C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 1 n3605設(shè)甲、乙兩核質(zhì)量分別為m甲， m乙 ，電量分別為q 甲 ， q 乙 。由動量與動能 關(guān)系 p2mEk 和 p甲p乙 可得m甲 ： m乙 = Ek乙 ： Ek甲 =4： 1。三、考點落實訓練1在核反應(yīng)方程24 He 147N178

15、 O( X ) 的括弧中， X 所代表的粒子（）A 11 H B 12HC 10 eD 10 n2下面列出的是一些核反應(yīng)方程1530 P 1430 Si X49 Be 21 H105 BY24 He 24 He73 Li Z 其中（）A X 是質(zhì)子， Y 是中子， Z 是正電子B X是正電子， Y 是質(zhì)子， Z 是中子C X 是中子， Y 是正電子， Z 是質(zhì)子D X是正電子， Y 是中子， Z 是質(zhì)子3盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有A原子的中心有個核，叫做原子核B原子的正電荷均勻分布在整個原子中C原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D帶負電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)4關(guān)于衰變中所放

16、出的電子，下列說法正確的是（）A由于它是從原子核中釋放出來的，所以它是原子核的組成部分B它是核外電子從內(nèi)層軌道躍遷時放出的C當它通過空氣時，電離作用很強D它的貫穿本領(lǐng)很強5在下列四個方程中X1、 X2、 X3、X4 各代表某種粒子，（1） 23592U01n 3895 Sr 13854 Xe3X1 （2） 12HX 223 He 01n（3） 23892U23490ThX 3（ 4） 1224 Mg24 He1227Al X 4以下判斷正確的是（）A X 是中子B.X2是質(zhì)子C.X3是 粒子D.X4是氘核19天然放射性元素23290Th （釷）經(jīng)過一系形 衰變和 衰變之后，變成20882 Pb （鉛