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第3讲 原子结构 原子核,原子物理知识结构,1原子的核式结构 (1)电子的发现：英国物理学家 发现了电子 (2)粒子散射实验：19091911年，英国物理学家_和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿_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,氢原子光谱 氢原子的能级结构、能级公式 (考纲要求 ),汤姆孙,卢瑟福,原来,(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的 和几乎全部 都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转 2光谱 (1)光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的 (频率)和强度分布的记录，即光谱,正电荷,质量,波长,亮线 或暗线,光带,3玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量 (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h .(h是普朗克常量，h6.631034 Js),不连续,稳定,EmEn,(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 的，因此电子的可能轨道也是 的 4氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图31所示,不连续,不连续,图31,判断正误，正确的划“”，错误的划“” (1)卢瑟福做粒子散射实验时发现粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转 ( ) (2)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 ( ) (3)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hEn. (4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁( ) 答案 (1) (2) (3) (4),1原子核的组成：原子核是由 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 2天然放射现象 (1)天然放射现象 元素 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 具有复杂的结构,原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 放射性同位素 (考纲要求 ),质子,质子数,自发,原子核,(2)放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫 具有放射性的元素叫 元素 (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_、 、 (4)放射性同位素的应用与防护 放射性同位素：有 放射性同位素和 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、作 等 防护：防止放射性对人体组织的伤害,放射性,放射性,射线,射线,射线,天然,人工,示踪原子,原子核,原子核,半数,物理,化学状态,1. 核力 (1)定义： 原子核内部，核子间所特有的相互作用力 (2)特点： 核力是强相互作用的一种表现； 核力是短程力，作用范围在1.51015m之内； 每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用,核力、结合能、质量亏损 (考纲要求 ),2结合能 核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时_的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能 3比结合能 (1)定义： 原子核的结合能与 之比，称做比结合能，也叫平均结合能,释放,吸收,核子数,(2)特点： 不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越 4质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E ，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能E .,稳定,mc2,mc2,裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程 (考纲要求 ),大于等于,3,质量较大,热核反应,2核反应的四种类型,判断正误，正确的划“”，错误的划“” (1)发生衰变时，新核的核电荷数不变 ( ) (2)核力是弱相互作用，作用力很小 ( ) (3)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 ( ) (4)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒 ( ) (5)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5),射线的危害和防护 (考纲要求 ),12013福建理综，30(1)在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是_(填选图下方的字母),基础自测,解析 金箔中的原子核与粒子都带正电，粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对粒子的斥力作用，及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错、C对 答案 C,2对于原子光谱，下列说法正确的是 ( ) A原子光谱是不连续的 B由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的 C各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同 D分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素,解析 原子光谱为线状谱，选项A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的组成，选项D正确 答案 ACD,3根据玻尔理论，下列说法正确的是 ( ) A电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波 B处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量 C原子内电子的可能轨道是不连续的 D原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差,解析 根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故A错误，B正确玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的，不连续的，C正确原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个能级之差，故D正确 答案 BCD,4在存放放射性元素时，若把放射性元素置于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物则 ( ) A措施可减缓放射性元素衰变 B措施可减缓放射性元素衰变 C措施可减缓放射性元素衰变 D上述措施均无法减缓放射性元素衰变 解析 放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定，与外界因素无关，所以A、B、C错误，D正确 答案 D,5太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少太阳每秒钟辐射出的能量约为41026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( ) A1036 kg B1018 kg C1013 kg D109 kg,解析 核反应类型分四种，方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现或粒子聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确 答案 BD,1能级图中相关量意义的说明,热点一 氢原子能级及能级跃迁,2. 定态间的跃迁满足能级差 n小n大吸收能量 hEn大En小 n大n小放出能量 hEn大En小,3电离 电离态与电离能 电离态：n，E0 基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV电离能 n2电离态：E吸0E23.4 eV 如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能,【典例1】2013江苏单科，12C(2)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图32所示电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”)当大量He处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条,图32,答案 近 6,【跟踪短训】 1已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图33所示，一群氢原子处于量子数为n4的能级状态，则下列说法中正确的是 ( ),图33,A氢原子可能辐射6种频率的光子 B氢原子可能辐射5种频率的光子 C有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 D有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 解析 从n4能级跃迁可能产生的光子为6种；若产生光电效应，则光子的能量需要大于2.7 eV，此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级，这3种频率的光子能使钙发生光电效应 答案 AC,1衰变规律及实质 (1)衰变和衰变的比较,热点二 原子核的衰变及半衰期,(2)射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的 2衰变次数的确定方法 因为衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数,解析 设原子核衰变过程中发生了n次衰变，m次衰变，由核衰变规律及衰变前后质量数守恒与电荷数守恒得4n238206,2nm9282，解得n8，m6，故A正确 答案 A,热点三 核反应方程及核反应类型的判断,解析 根据核反应中的质量数守恒可知，ab的质量数应为23512234，质子数应为92，A项中的质量数为14093233，B项中质量数是14192233，C项中质量数为14193234，质子数为563894，D项中质量数为14094234，质子数为543892，综上可知，答案为D. 答案 D,反思总结 对书写核反应方程式的理解 (1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接 (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化 (4)核反应遵循电荷数守恒,解析 衰变时释放出电子( 01e)，衰变时释放出氦原子核(He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U 235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应，A、C正确 答案 AC,热点四 质量亏损及核能的计算 1核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2. (2)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.,2核能释放的两种途径的理解 (1)使较重的核分裂成中等大小的核 (2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量,反思总结 解有关核能问题的技巧 (1)根据质量亏损计算：Emc2及1 u相当于931.5 MeV. (2)根据能量守恒和动量守恒计算 (3)在计算具有宏观质量的物质中所有原子核发生核反应所释放能量时用阿伏加德罗常数来计算核能,附：对应高考题组 1(2013天津理综，1)下列说法正确的是 ( ) A原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流 C氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关,解析 原子核发生衰变时有质量亏损，质量不守恒，选项A错射线是光子流，不是带电粒子流，选项B错氢原子从激发态向基态跃迁，辐射的光子能量hEmEn，即只能辐射特定频率的光子，C项正确光电效应的光电子动能EkhW，只与入射光频率有关，而与入射光强度无关，D项错误 答案 C,2(2012北京理综，13)一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子 ( ) A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少 C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少 解析 根据玻尔原子理论知，氢原子从高能级n3向低能级n2跃迁时，将以光子形式放出能量，放出光子后原子能量减少，故B选项正确 答案 B,3(2012天津理综，1)下列说法正确的是 ( ) A采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 B由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 C从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力 D原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量,解析 放射性元素的半衰期由元素的原子核来决定，与元素以单质或化合物的形式存在无关，与压强、温度无关，即与化学、物理状态无关，故A项错误由玻尔理论可知，氢原子从激发态跃迁到基态的过程放出光子，B项正确从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线良好的穿透能力，C项错误核子结合成原子核放出核能，因此核子单独存在时的总质量大于结合成原子核时核的质量，D项错误 答案 B,答案 B,解析 射线是氦核流，A错误.n表示的是中子，B错误由光电效应方程EkmhW知Ekm与成线性关系，C错误玻尔的量子化原子模型的实验基础一是原子的稳定性，二是原子光谱的分立特征，故D正确 答案 D,答案 C,7(2012四川理综，17)如图所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子 ( ),A从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长 B从n5能级跃迁到n1能级比从n5能级跃迁到n4能级辐射出电磁波的速度大 C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的 D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量,解析 因为E4E30.66 eVE3E21.89 eV，根据c和hEmEn得，从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项B错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现概率越大，选项C错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到低能级时向外放出的能量，选项D错误 答案 A,8(2012江苏，12C)如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是 ( ),答案 C,
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