2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义:选修3-5 第十二章 第3讲 原子结构 原子核 Word版含解析.pdf
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1、第第 3 讲 原子结构 原子核讲 原子结构 原子核 知识排查 原子结构 1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2.美国物理学家密立根测出了电子的电荷量。 3.汤姆孙原子模型 汤姆孙于 1898 年提出了原子模型,他认为原子是一个球体,正电荷弥漫性地均 匀分布在整个球体内,电子镶嵌其中。 4. 粒子散射实验 (1)实验装置: 粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。 (2)实验现象 绝大多数的 粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进; 少数 粒子发生了大角度偏转; 极少数 粒子的偏转角度大于 90,甚至有极个别 粒子几乎被“撞了回来” 。 (3)实验意义:卢瑟福通过 粒子散射实验,否定了汤姆孙
2、的原子模型,建立 了核式结构模型。 5.核式结构模型 1911 年由卢瑟福提出,在原子中心有一个很小的核,叫原子核。它集中了原子 全部的正电荷和几乎全部的质量,电子在核外空间运动。 6.原子核的电荷与尺度 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.光谱分类 3.氢原子光谱的实验规律 : 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式 1 R,(n3,4,5,R 是里德伯常量,R1.10107 m1)。 ( 1 22 1 n2) 4.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
3、高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 5.理尔理论 (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: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 hEmEn。(h 是普朗克常量,h 6.631034 Js) (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。 原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷
4、数等于核内的质 子数。 2.天然放射现象 元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明 原子核具有复杂的结构。 3.放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素:有天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。 (2)应用:消除静电、工业探伤、做示踪原子等。 (3)防护:防止放射性对人体组织的伤害。 4.原子核的衰变 (1)衰变:原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的 衰变。 (2)分类 衰变: XY He 如:UTh He; A ZA4Z24 223892234904 2 衰变: XYe 如:ThPae; A ZAZ10
5、1234902349101 (3)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核 内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。 核力和核能 1.核力 原子核内部,核子间所特有的相互作用力。 2.核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损 m,其对应的能量 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。 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 核反应方程 1.重核裂变 (1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的 原子核的过程。 (2)典型的裂变反应方程: U n KrBa3 n。 235921 0
6、8936144561 0 (3)链式反应:重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 (4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质 量。 (5)裂变的应用:原子弹、核反应堆。 (6)反应堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 2.轻核聚变 (1)定义:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温 下进行,因此又叫热核反应。 (2)典型的聚变反应方程: H H He n17.6 MeV 2 13 14 21 0 小题速练 1.思考判断 (1)原子中绝大部分是空的,原子核很小( ) (2)核式结构学说是卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出的(
7、) (3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的( ) (4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱,也成功地解释了氦原子光谱( ) (5)按照玻尔理论,核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上( ) (6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子 开始的( ) (7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的( ) (8)如果某放射性元素的原子核有 100 个,经过一个半衰期后还剩 50 个( ) (9)原子序数小于 83 的元素都没有放射性( ) (10) 射线是一种高能粒子流,可以用来工业探伤( ) (11)原子核发生 衰变时放出一个电子,说明原子核内有电子( ) (12
8、)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量和能量可以相互转化( ) (13)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,也遵循电荷数守恒( ) (14)轻核聚变须达到几百万摄氏度以上的高温,自然界不存在轻核聚变( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) 2.(多选)从 粒子散射实验结果出发推出的结论,其中正确的是( ) A.金原子内部大部分都是空的 B.金原子是一个球体 C.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况 D.原子核的半径的数量级是 1015 m 解析 粒子散射实验结果表明,绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的
9、方向前 进, 但有少数 粒子发生了较大角度的偏转, 并有极少数 粒子的偏转角度超过 90,有的甚至几乎被反弹回来,则从 粒子散射实验结果出发推出的结论有金 原子内部大部分都是空的,汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况,原子 核的半径的数量级是 1015 m,不能说明金原子是球体,选项 A、C、D 正确。 答案 ACD 3.在同位素氕、氘、氚的核内具有相同的( ) A.核子数 B.电子数 C.中子数 D.质子数 解析 同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素,故氕、氘、氚 的核内具有相同的质子数,选项 D 正确。 答案 D 4.(多选)以下说法中,属于玻尔所提出的原子模型理论的是(
10、 ) A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做圆周运动,但不向外辐射能量 B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应, 而电子的可能轨 道分布是不连续的 C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子 D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 解析 原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做圆周运动,但并不向外辐射 能量,故 A 正确;原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应, 而电子的可能轨道的分布是不连续的,故 B 正确;电子从一个轨道跃迁到另一 轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子,故 C 正确;电子跃迁时辐射的光子的频
11、率等于能级差值,与电子绕核做圆周运动的频率无关,故 D 错误。 答案 ABC 5.(多选)关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的是( ) A.UTh He 是 衰变 23892234904 2 B. N He O H 是 衰变 14 74 217 81 1 C. H H He n 是轻核聚变 2 13 14 21 0 D. Se Kr2e 是重核裂变 8234823601 答案 AC 6.(2018高考领航冲刺卷)已知真空中的光速 c3.0108 m/s, 下列说法正确的是 ( ) A.铋 210 的半衰期是 5 天,经过 10 天,32 个铋 210 衰变后还剩下 8 个 B.用中子轰击铀
12、核的核反应方程为U nBa Kr3 n,属于原子核的 235921 01445689361 0 衰变 C.若核反应 n H H 释放出 2.2 MeV 能量,该过程质量亏损为 3.91030 1 01 12 1 kg D.某原子核 X吸收一个中子后, 放出一个电子, 最后分裂为两个粒子, 则A7, A Z Z2 解析 半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律, 少数原子核不适用此规 律,选项 A 错误;U nBa Kr3 n 是原子核的裂变,选项 B 错误; 235921 01445689361 0 根据 Emc2,可得 m3.91030 kg,选项 C 正确;根据质量数和电荷数 守恒可知
13、A18,Z14,则 A7,Z3,选项 D 错误。 答案 C 氢原子能级及能级跃迁 1.定态间的跃迁满足能级差 (1)从低能级(n小)高能级(n大)吸收能量。 跃迁 hEn 大En 小 (2)从高能级(n大)低能级(n小)放出能量。 跃迁 hEn 大En 小 2.电离 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。 3.解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意 (1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hEmEn求得。若求波 长可由公式 c 求得。 (2)一个氢原子
14、跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1) 。 (3)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:NC 。 2 n n(n1) 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。 4.几种跃迁情况说明 (1) 原子跃迁条件 hEmEn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 13.6 eV 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
15、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,就可以使原子受激发而向较高能级跃迁。 【典例】 (20184 月浙江选考) (多选)氢原子的能级图如图 1 所示,关于大 量氢原子的能级跃迁,下列说法正确的是(可见光的波长范围为 4.0107 m 7.6107 m,普朗克常量 h6.61034 Js,真空中的光速 c3.0108 m/s) ( ) 图 1 A.氢原子从高能级跃迁到基态时,会辐射 射线 B.氢原子处在 n4 能级时,会辐射可见光 C.氢原子从高能级向 n3 能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应 D.氢原子从高能级向 n2 能级跃
16、迁时,辐射的光在同一介质中传播速度最小的 光子能量为 1.89 eV 解析 射线是原子核衰变时产生的高能电磁波,与核外电子无关,故选项 A 错 误;电子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,根据Ehh ,可得可见光 c 光子的能量范围为 1.63 eV3.09 eV。从 n4 能级跃迁到 n2 能级 E2.55 eV,处在可见光能量范围内,故选项 B 正确;从高能级向 n3 能级跃迁辐射出 最大能量为 E1.51 eVb,故选项 C 错误;同种介质中 a、b 光的折 射率 nanb,设玻璃砖的厚度为 d,入射角为 i,折射角为 r,则 n,a、b sin i sin r 光以相同的入射角入射时,
17、折射角 rayb,选项 A 错误;波长 a0.86 MeV,选项 B 错误;根据动量守恒定律可知中微子与锂核( Li)的动量之和等于反应前电子 7 3 的动量,但能量不等,选项 C 正确,D 错误。 答案 AC 1.(2017全国卷,17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放 的能量用来发电。氘核聚变反应方程是: H H He n。已知 H 的质量为 2 12 13 21 02 1 2.013 6 u, He 的质量为 3.015 0 u, n 的质量为 1.008 7 u,1 u931 MeV/c2。氘 3 21 0 核聚变反应中释放的核能约为( ) A.3.7 MeV B.3.3
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