《高考備考指南 物理 》課件-第2講　原子結(jié)構(gòu)　原子核

原子與原子核第十四章

第2講原子結(jié)構(gòu)原子核(本講對應(yīng)系統(tǒng)用書P306)欄目導(dǎo)航01知識

梳理查漏02題點

各個擊破03配套訓(xùn)練知識梳理查漏1知識一

盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家________發(fā)現(xiàn)了電子.

湯姆孫2.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)α粒子散射實驗：1909—1911年，英國物理學家________和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿______方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來，如圖所示.

盧瑟福原來(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的________和幾乎全部______都集中在核里，帶負電的______在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).

正電荷質(zhì)量電子【自測1】下圖是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置.小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細的一束射線并射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點.下列說法正確的是()A.該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B.該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性C.α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)A知識二

氫原子光譜1.光譜：光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜.2.光譜分類

【自測2】太陽的連續(xù)光譜中有許多暗線，它們對應(yīng)著某些元素的特征譜線.產(chǎn)生這些暗線是由于()A.太陽表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B.太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C.太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素D.太陽內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素【解析】太陽光譜是太陽內(nèi)部發(fā)出的光經(jīng)過太陽大氣時，被太陽大氣層中的某些元素吸收而產(chǎn)生的，是一種吸收光譜.所以太陽光的光譜中有許多暗線，它們對應(yīng)著太陽大氣層中某些元素的特征譜線，C正確，A、B、D錯誤.C知識三

玻爾原子模型1.玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列______的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是______的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量.

(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν=__________.(h是普朗克常量，h=6.63×10-34J·s)

(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)與電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng).原子的定態(tài)是__________的，因此電子的可能軌道也是__________的.

不連續(xù)穩(wěn)定Em-En不連續(xù)不連續(xù)

-13.6n2r14.氫原子的能級圖

【自測3】右圖是氫原子能級示意圖.現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級上.下列說法正確的是()A.這些原子在躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子B.從n=3能級躍遷到n=1能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率低C.從n=3能級躍遷到n=4能級需吸收0.66eV的能量D.n=3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量C

知識四

天然放射現(xiàn)象和原子核1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象：元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象.該現(xiàn)象首先被貝克勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).(2)放射性和放射性元素：物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性.具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、________.

γ射線2.原子核(1)原子核的組成①原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為________.

②原子核的核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)=________數(shù)+中子數(shù).(2)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的原子在元素周期表中的位置相同.同位素具有相同的化學性質(zhì).核子質(zhì)子

5.核力(1)定義：原子核內(nèi)部核子間所特有的相互作用力.(2)特點：①核力是強相互作用的一種表現(xiàn).②核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi).③每個核子只跟與它相鄰的核子有核力作用.6.核能(1)結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫作原子核的結(jié)合能，亦稱核能.(2)比結(jié)合能①定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫________.②特點：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm.這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=______.

Δmc2平均結(jié)合能

裂變聚變8.核反應(yīng)(1)遵守的規(guī)律：電荷數(shù)守恒、__________守恒.

(2)反應(yīng)類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變.質(zhì)量數(shù)【自測4】放射性元素衰變時可能放出的三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是()A.α射線、β射線、γ射線B.γ射線、β射線、α射線C.γ射線、α射線、β射線D.β射線、α射線、γ射線【解析】穿透能力最強的是γ射線，β射線次之，α射線最弱，B正確.B

題點各個擊破2命題點一玻爾理論和能級躍遷［自修掌握類］1.定態(tài)間的躍遷——滿足能級差(1)從低能級(n)高能級(m)→吸收能量：hν=Em-En.(2)從高能級(m)低能級(n)→放出能量：hν=Em-En.2.電離，電離態(tài)與電離能電離態(tài)：n=∞，E=0.基態(tài)→電離態(tài)：E吸>0-(-13.6eV)=13.6eV.激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0-En=|En|.若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能.

1.(2023年新課標卷)銫原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用了兩能級的能量差量級為10-5eV，躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為(普朗克常量h=6.63×10-34J·s，元電荷e=1.60×10-19C)()A.103Hz B.106HzC.109Hz D.1012HzB

2.(2023年江蘇卷)“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空.這對提升我國導(dǎo)航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義.如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài).該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為()

A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3D

【解析】原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ時有EⅡ-EⅠ=hν0，且從激發(fā)態(tài)能級Ⅱ向下躍遷到基態(tài)Ⅰ的過程有EⅡ-EⅠ=hν1+hν2+hν3，聯(lián)立解得ν2=ν0-ν1-ν3，D正確.3.(2022年浙江卷)下圖為氫原子的能級圖.大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子.用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉，則下列說法正確的是()

A.逸出光電子的最大初動能為10.80eVB.n=3躍遷到n=1放出的光子動量最大C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D.用0.85eV的光子照射，氫原子可躍遷到n=4激發(fā)態(tài)B

4.(2023年湖北卷)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射.該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2eV).根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子()A.n=2和n=1能級之間的躍遷B.n=3和n=1能級之間的躍遷C.n=3和n=2能級之間的躍遷D.n=4和n=2能級之間的躍遷A

【解析】由圖中可知n=2和n=1能級之間的能量差值為ΔE=E2-E1=-3.4

eV-(-13.6

eV)=10.2

eV，與探測器探測到的譜線能量相等，故可知此譜線來源于太陽中氫原子n=2和n=1能級之間的躍遷，A正確.5.(2023年江蘇卷)“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線.硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為λ.若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子.已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c.求：(1)每個光子的動量p和能量E；(2)太陽輻射硬X射線的總功率P.

命題點二原子核的衰變及半衰期［自修掌握類］1.衰變規(guī)律及實質(zhì)

(1)α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變過程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子在勻強磁場中的軌跡形狀

共同規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒(2)γ射線：γ射線經(jīng)常伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生.其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.

B

1.(2021年湖南卷)核廢料具有很強的放射性，需要妥善處理.下列說法正確的是()A.放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B.原子核衰變時電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C.改變壓力、溫度或濃度將改變放射性元素的半衰期D.過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害D

【解析】放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少量原子核無意義，即放射性元素完全衰變殆盡的說法錯誤，A錯誤.原子核衰變時滿足電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，B錯誤.放射性元素的半衰期是由原子核的自身結(jié)構(gòu)決定的，而與物理環(huán)境如壓力、溫度或濃度無關(guān)，與化學狀態(tài)無關(guān)，C錯誤.過量放射性輻射包含大量的射線，對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害，D正確.

C

3.(2021年全國卷Ⅰ)如圖所示，一個原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后生成穩(wěn)定的原子核Y.在此過程中放射出電子的總個數(shù)為()A.6 B.8

C.10 D.14A

命題點三核反應(yīng)及核反應(yīng)類型［自修掌握類］1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂萍s里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子類型可控性核反應(yīng)方程典例重核裂變?nèi)菀卓刂戚p核聚變現(xiàn)階段很難控制

AC

D

D

CD

命題點四質(zhì)量虧損及核能的計算［師生共研類］1.利用質(zhì)能方程計算核能(1)根據(jù)核反應(yīng)方程計算出核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm.(2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計算核能.質(zhì)能方程ΔE=Δmc2中，Δm的單位用kg，c的單位用m/s，則Δ