第73講原子結構原子核（講義）

第73講原子結構原子核目錄復習目標網絡構建考點一波爾理論【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1三個基本假設知識點2兩類躍遷問題和電離知識點3躍遷產生的譜線條數【提升·必考題型歸納】考向1譜線條數的確定考向2受激躍遷和電離考向3與光電效應相結合考點二原子核的衰變和半衰期【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1三種射線的比較知識點2α衰變、β衰變的比較知識點3半衰期的理解【提升·必考題型歸納】考向1α衰變、β衰變考向2半衰期的理解及應用考點三核反應方程與核能的計算【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1核反應的四種類型知識點2核能的計算方法知識點3對質能方程的理解【提升·必考題型歸納】考向1核反應方程及應用考向2核能的計算真題感悟理解和掌握氫原子的玻爾理論。理解和掌握原子核的衰變規(guī)律、半衰期和核能的計算。考點要求考題統(tǒng)計考情分析（1）氫原子的玻爾理論（2）原子核2023年湖北卷第1題2023年山東卷第1題2023年重慶卷第6題高考對原子結構和原子核的考查較為頻繁，大多以選擇題中出現(xiàn)，題目難度要求大多不是太高，較為基礎?？键c一波爾理論知識點1三個基本假設1.能級假設：氫原子能級En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n為量子數．2.躍遷假設：hν＝Em－En(m>n)．3.軌道量子化假設：氫原子的電子軌道半徑rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n為量子數．知識點2兩類躍遷問題和電離1.氫原子能級躍遷①從低能級(n)eq\o(→,\s\up7(躍遷))高能級(m)：動能減少，勢能增加，原子能量增加，吸收能量，hν＝Em－En.②從高能級(m)eq\o(→,\s\up7(躍遷))低能級(n)：動能增加，勢能減少，原子能量減少，放出能量，hν＝Em－En.2.受激躍遷有兩種方式：①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級差，hν＝Em－En。[注意]對于大于電離能的光子可被吸收，可將原子電離。②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥Em－En。3．電離：指原子從基態(tài)(n＝1)或某一激發(fā)態(tài)(n≥2)躍遷到n＝∞狀態(tài)的現(xiàn)象。(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0。(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量。對于氫原子：①基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV，即為基態(tài)的電離能。②n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4eV，即為n＝2激發(fā)態(tài)的電離能。[注意]如果原子吸收能量足夠大，克服電離能后，電離出的自由電子還具有一部分動能。知識點3躍遷產生的譜線條數1.一群原子的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射光子的種類：。2.一個原子的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射最多光子的種類：?？枷?譜線條數的確定1．如圖所示為氫原子能級示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時輻射出若干種不同頻率的光，下列說法正確的是（）

A．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B．由n＝2能級躍遷到n＝1能級產生的光的頻率最小C．用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應D．由n＝4能級躍遷到n＝1能級產生的光波長最大【答案】C【詳解】A．根據大量氫原子在不同能級釋放出光子的種數可知，當時，會釋放6種不同頻率的光，故A錯誤；BD．根據，可知，躍遷過程中釋放的光的能量越小，其釋放的光的頻率就越小，波長就越大，顯然從能級躍遷到能級時釋放的光的能量最小，即放出的光的頻率最小，而從n＝4能級躍遷到n＝1能級產生的光的能量最大，頻率就最大，波長最小，故BD錯誤；C．氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1能級時輻射的光的能量為則可知，用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應，故C正確。故選C?？枷?受激躍遷和電離2．如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，可以輻射出多種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時釋放的光子。下列說法正確的是（）A．最多可放出6種頻率不同的光子，全部屬于巴耳末系B．放出的光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時產生的C．用動能為12.7eV的電子撞擊氫原子，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷至n=4的激發(fā)態(tài)D．用能量為2.56eV的光子照射處于n=2能級的氫原子，可以使它躍遷到n=4的激發(fā)態(tài)【答案】B【詳解】A．大量原子躍遷時輻射出光子的種數為則可知大量處于n=4能級的氫原子最多可輻射出6種頻率的光子，而屬于巴耳末系的只有兩種，故A錯誤；B．氫原子躍遷時釋放的能量為而根據，可知，放出的光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時產生的，故B正確；C．氫原子與實物粒子發(fā)生碰撞而躍遷，實物粒子的能量需大于等于能級差值，則處于基態(tài)的氫原子躍遷至n=4的激發(fā)態(tài)需要的能量為因此，用動能為12.7eV的電子撞擊氫原子，不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷至n=4的激發(fā)態(tài)，故C錯誤；D．處于n=2能級的氫原子躍遷到n=4能級需要吸收的能量而氫原子吸收光子發(fā)生躍遷，必須吸收等于能級差值的光子的能量，故D錯誤。故選B。考向3與光電效應相結合3．如圖所示，圖甲為氫原子能級圖，大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率不同的大量光子。其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙。下列說法正確的是（）

A．用能量為的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離B．陰極K金屬的逸出功為C．光電子最大初動能與入射光的頻率成正比D．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光【答案】B【詳解】A．根據電離條件可知，要使處于基態(tài)的氫原子電離，需用能量大于或等于13.6eV的子照射，則用能量為的光子照射，不可使處于基態(tài)的氫原子電離，故A錯誤；B．大量處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出頻率最高的光子對應到的躍遷，頻率最高光子的能量為由圖丙可得輻射光電子的最大初動能為故陰極K金屬的逸出功為故B正確；C．由愛因斯坦光電效應方程可知光電子最大初動能與入射光的頻率成一次函數關系，但不是成正比，故C錯誤；D．根據可知大量處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時共3種頻率的光，而一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，最多只能放出2種不同頻率的光，故D錯誤。故選B?？键c二原子核的衰變和半衰期知識點1三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)電荷量2ee0質量4mp,mp=1.67×1027kgm靜止質量為零速度0.1c0.99cc在電場、磁場中偏轉與α射線偏轉方向相反不偏轉貫穿本領最弱,用紙能擋住較強,能穿透幾毫米的鋁板最強,能穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱知識點2α衰變、β衰變1.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程

Z

Z衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出1個中子轉化為1個質子和1個電子211H+

0衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒2.衰變次數的計算方法若

ZAX→Z'A則A=A'+4n,Z=Z'+2nm解以上兩式即可求出m和n。知識點3半衰期的理解1.半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律,對個別或少量原子核,無半衰期可言。2.根據半衰期的概念,可總結出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量,N余、m考向1α衰變、β衰變1．天然放射性元素Th（釷）經過一系列α衰變和β衰變之后，變成Pb（鉛）。下列判斷中正確的是（）A．衰變過程共有6次α衰變和4次β衰變B．鉛核比釷核少8個質子C．β衰變所放出的電子來自原子核內質子與中子間的轉化D．釷核比鉛核多24個中子【答案】ABC【詳解】A．根據質量數和電荷數守恒，設衰變過程α衰變次數為，β衰變次數為故A正確；B．鉛核與釷核質子數差為故B正確；C．β衰變所放出的電子來自原子核內質子與中子間的轉化，故C正確；D．釷核的中子數為鉛核的中子數為故釷核與鉛核中子數差為故D錯誤。故選ABC?？枷?半衰期的理解及應用2．2023年8月24日日本向太平洋排放核污水后，近百名日本民眾游行抗議核污水排海計劃，同時也導致許多國家禁止進口日本水產品。核污水中的放射性元素對人類社會和海洋生態(tài)環(huán)境健康的潛在威脅難以估量，其中核反應之一為，的半衰期為28年，下列說法正確的是（）A．該核反應中發(fā)生了衰變B．環(huán)境溫度升高，分子熱運動劇烈程度增大，的半衰期減小C．100個原子核經過28年，只剩50個原子核未衰變D．的比結合能比的比結合能大【答案】AD【詳解】A．由電荷數和質量數守恒可知X為電子，因此該核反應為發(fā)生衰變，故A正確；B．環(huán)境溫度變化，不會改變原子核的半衰期，故B錯誤；C．半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，只有針對大量原子核才有統(tǒng)計意義，100個衰變具有隨機性，故C錯誤；D．衰變?yōu)榉懦隽Ｗ?，發(fā)生了質量虧損，而核子數不變，所以平均核子質量變小，比結合能變大，故D正確。故選AD?？键c三核反應方程與核能的計算知識點1核反應的四種類型1.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)

92238Uβ衰變自發(fā)

90234Th→91人工轉變人工控制

714N

24He+4

1327Al+2(約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素)

1530P重核裂變比較容易進行人工控制

92235U+01

92235U+01n輕核聚變很難控制

12H2.核反應方程的書寫(1)熟記常見粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎。如質子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)掌握核反應方程遵循的規(guī)律是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據。由于核反應不可逆,因此書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。(3)核反應過程中質量數守恒,電荷數守恒。知識點2核能的計算方法(1)根據ΔE=Δmc2計算,計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。(2)根據ΔE=Δm×931.5MeV/u計算。因1原子質量單位(1u)相當于931.5MeV,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)根據核子比結合能來計算核能原子核的結合能=核子比結合能×核子數。知識點3對質能方程的理解(1)一定的能量和一定的質量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質量成正比,即E=mc2。方程的含義:物體具有的能量與它的質量之間存在簡單的正比關系,物體的能量增大,質量也增大;物體的能量減少,質量也減少。(2)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損Δm,其能量也要相應減少,即ΔE=Δmc2。(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應的質量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2。考向1核反應方程及應用1．2023年3月23日，“點燃中國的人造太陽”核聚變能源科普系列活動在北京一零一中學啟動?；顒又荚诩ぐl(fā)青少年好奇心、想象力、探求欲，培養(yǎng)學生群體的科技熱情與愛國情懷。下列核反應方程式中，表示重核裂變過程的是（）A．B．C．D．【答案】B【詳解】A．反應核只有一個，生成核中有氦核，即粒子，可知，該核反應為衰變，故A錯誤；B．反應核中有重核與中子，生成核中也有中子，可知，該核反應為重核裂變，故B正確；C．反應核中有氦核，即為粒子撞擊，可知，該核反應為人工核轉變，故C錯誤；D．反應核中為氫的同位素氘與氚，可知，該核反應為輕核聚變，故D錯誤。故選B?？枷?核能的計算2．钚（）靜止時衰變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)和α粒子，激發(fā)態(tài)鈾核立即衰變?yōu)榉€(wěn)態(tài)鈾核，并放出能量為的γ光子。已知钚、穩(wěn)態(tài)軸核和α粒子的質量分別記為，和，衰變放出光子的動量可忽略且該過程釋放的核能除去γ光子的能量外全部轉化為和α粒子的動能。在勻強磁場中衰變產生的和α粒子，兩者速度方向均與磁場垂直，做勻速圓周運動，則下列說法正確的是（）A．和α粒子在磁場中勻速圓周運動軌跡為外切圓B．的比結合能大于的比結合能C．的動能為D．α粒子的動能為【答案】ABD【詳解】A．由題意可知衰變產生的和α粒子帶電性相同，速度方向相反，故兩粒子在同一勻強磁場中外切，故A正確；B．由于衰變時放出核能，比結合能增大，所以的比結合能大于的比結合能，故B正確；C．由能量守恒可知由愛因斯坦質能方程可知解得故C錯誤；D．根據動量守恒定律有；聯(lián)立可得故D正確。故選ABD。1．（2023年廣東卷高考真題）理論認為，大質量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應的影響。下列說法正確的是（

）A．Y是粒子，射線穿透能力比射線強B．Y是粒子，射線電離能力比射線強C．Y是粒子，射線穿透能力比射線強D．Y是粒子，射線電離能力比射線強【答案】D【詳解】根據受核反應滿足質量數和電荷數守恒可知，Y是粒子（），三種射線的穿透能力，射線最強，射線最弱；三種射線的電離能力，射線最強，射線最弱。故選D。2．（2023年浙江6月卷高考真題）“玉兔二號”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜。核電池將衰變釋放的核能一部分轉換成電能。的衰變方程為，則（）A．衰變方程中的X等于233 B．的穿透能力比γ射線強C．比的比結合能小 D．月夜的寒冷導致的半衰期變大【答案】C【詳解】A．根據質量數和電荷數守恒可知，衰變