2019年高考物理大一輪復習 第12章 原子結構 原子核 第2講 原子結構和原子核學案 新人教版

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1、第二講　原子結構和原子核 一 原子結構 二 原子核 1．判斷正誤 (1)原子光譜是不連續(xù)的，是由若干頻率的光組成的．(　　) (2)電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率．(　　) (3)氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷．(　　) (4)原子的能量量子化現象是指原子在不同狀態(tài)中具有不同的能量．(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√ 2．在盧瑟福α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，其原因是(　　) A．原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上 B．正電荷在原子內是均勻分布的 C．原子中存在著

2、帶負電的電子 D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 答案：A 3．(粵教版選修3－5P97第2題)用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率？(　　) A．把該元素放在低溫陰涼處 B．把該元素密封在很厚的鉛盒子里 C．把該元素同其他的穩(wěn)定元素結合成化合物 D．上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率 答案：D 4．(粵教版選修3－5P97第3題改編)(多選)關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的是(　　) A．U→Th＋He是α衰變 B．N＋He→O＋H是β衰變 C．H＋H→He＋n是輕核聚變 D．Se→Kr＋2e是重核裂變 答案：AC 5．(2015·福建卷

3、)下列有關原子結構和原子核的認識，其中正確的是(　　) A．γ射線是高速運動的電子流 B．氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大 C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變 D．Bi的半衰期是5天，100克Bi經過10天后還剩下50克 答案：B 考點一 原子的核式結構 1．α粒子散射實驗現象 絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但少數α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉，并且有極少數α粒子的偏轉超過了90°，有的甚至幾乎達到180° 2．原子的核式結構模型的特點 (1)核很小，原子直徑的數量級約為10－10 m，而核直徑的數量級只有10－15 m (2)核很

4、重，原子的質量幾乎全部集中在核里 (3)庫侖力作為電子繞核旋轉的向心力 3．對α粒子散射實驗現象的解釋 按照核式結構模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿過金箔時都離核很遠，受到的斥力很小，它們的運動幾乎不受影響；只有極少數α粒子從原子核附近飛過，明顯地受到原子核的庫侖斥力作用而發(fā)生大角度的偏轉 1．當α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉的過程中，下列說法正確的是(　　) A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用 B．α粒子一直受到原子核的斥力作用 C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用 D．α粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小 解析：選B　α粒

5、子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故選項A、C錯誤，選項B正確；α粒子在靠近金原子核時斥力做負功，速度減小，遠離時斥力做正功，速度增大，故選項D錯誤． 2．(2013·福建卷)在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是(　　) 解析：選C　α粒子受到原子核的斥力作用而發(fā)生散射，離原子核越近的粒子，受到的斥力越大，散射的角度越大，選項C正確． 考點二 玻爾理論和能級躍遷 1．氫原子的能級圖和原子躍遷 能級圖 用水平線表示能級，水平線間距離表示能級差大小的圖示稱為能級圖 氫原子 能級圖

6、 備注 ①每一條水平線代表一個定態(tài) ②左端數字“n”表示量子數，右端數字E表示能級 ③n越大時相鄰能級間差值越小 ④豎直帶箭頭的線段表示一種躍遷方式 躍 遷 概念 原子由一個能量狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量狀態(tài)的過程稱為躍遷 輻射與 激發(fā) 從高能級向低能級的躍遷過程，若以釋放光子的形式釋放能量，稱為輻射．hν＝E初－E終 從低能級向高能級的躍遷過程稱為激發(fā)，始末能級差的絕對值等于所吸收的能量，ΔE＝E終－E初 2．躍遷與電離 躍遷 根據玻爾理論，當原子從低能級向高能級躍遷時，必須吸收光子才能實現；相反，當原子從高能級向低能級躍遷時，必須輻射光子才能實現．躍遷時不管是吸收還是

7、輻射光子，其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量差 電離 原子一旦電離，原子結構將被破壞，如基態(tài)氫原子的電離能為13．6 eV，只要能量大于或等于13．6 eV的光子，都能使基態(tài)的氫原子吸收而電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產生的自由電子的動能就越大，不論原子處于什么狀態(tài)，只要入射光子的能量大于該狀態(tài)電離所需要的能量就可使之電離 (2018·天津六校聯考)如圖所示為氫原子的能級圖，則下列說法正確的是(　　) A．若已知可見光的光子能量范圍為1.62 eV～3.11 eV，則處于第4能級狀態(tài)的氫原子，輻射光的譜線在可見光范圍內的有2條 B．當氫原子的電子由外層軌道躍遷到

8、內層軌道時，氫原子的電勢能增加，電子的動能增加 C．處于第3能級狀態(tài)的氫原子，輻射出三種波長分別為λ1、λ2、λ3(λ1＞λ2＞λ3)的三條譜線，則λ1＝λ2＋λ3 D．若處于第2能級狀態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時輻射出的光能使某金屬板發(fā)生光電效應，則從第5能級躍遷到第2能級時輻射出的光也一定能使此金屬板發(fā)生光電效應 解析：選A　若已知可見光的光子能量范圍為1.62 eV～3.11 eV，則處于第4能級狀態(tài)的氫原子，輻射光的譜線，對應的能量分別為ΔE1＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，ΔE2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV，ΔE3＝－0.85 eV

9、－(13.6 eV)＝12.75 eV，ΔE4＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE5＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE6＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，在可見光范圍內的有2條，故A正確；當氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道時，運動半徑減小，則氫原子的電勢能減小，而根據k＝m可知，電子的動能增加，故B錯誤；處于第3能級狀態(tài)的氫原子，輻射出三種波長分別為λ1、λ2、λ3(λ1＞λ2＞λ3)的三條譜線，則有hν3＝hν2＋hν1，且λ＝，因此h＝h＋h，即＝＋，故C錯誤；若處于第2能級狀態(tài)的氫原子躍遷后輻射出的光能使某金

10、屬板發(fā)生光電效應，由于從第5能級躍遷到第2能級時輻射出的光的能量小于第2能級狀態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷輻射出的光的能量，不一定能使此金屬板發(fā)生光電效應，故D錯誤． 解答原子躍遷問題的三點注意 (1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得．若求波長可由公式c＝λν求得． (2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數最多為(n－1)． (3)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數的兩種求解方法． ①用數學中的組合知識求解：N＝C＝. ②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加． (2017·廣東梅州一模)如圖所示為氫原子能級示意圖

11、，現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6．34 eV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 解析：選C　大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷最多可以輻射出N＝＝6種頻率的光子，A錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝3能級產生的光的頻率最小，波長最長，B、D錯誤；從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子的能量為E＝E2－E1＝10.2 e

12、V，大于金屬鉑的逸出功，能使其發(fā)生光電效應，C正確． 3．如圖所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光．在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是(　　) 解析：選C　由原子的能級圖，E3－E1>E2－E1>E3－E2，再結合Em－En＝h知λa<λc<λb. 4．玻爾氫原子模型成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，氫原子能級圖如圖所示，當氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時，輻射出頻率為______Hz的光子，用該頻率的光照射逸出功為2．25 eV的鉀表面，產生的光電子的最大初動能為________eV. (電子電荷量e＝1.60×

13、10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s) 解析：氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時，釋放出光子的能量為E＝－0.85 eV－(－3．40 eV)＝2.55 eV，由hν＝E解得光子的頻率ν＝6.2×1014Hz. 用此光照射逸出功為2.25 eV的鉀時，由光電效應方程知，產生光電子的最大初動能為Ek＝hν－W＝(2.55－2.25)eV＝0.30 eV. 答案：6.2×1014　0.30 考點三 原子核的衰變　核反應　核能 1．原子核的衰變 天然放射現象說明原子核具有復雜的結構．原子核放出α粒子或β粒子，放出后就變成新的原子核，這種變化稱為原子核的衰變

14、．但這并不表明原子核內有α粒子或β粒子(β粒子是電子流，而原子核內不可能有電子存在)． (1)衰變規(guī)律：原子核衰變前后的質量數和核電荷數都守恒． (2)衰變方程：α衰變：ZX→Y＋He. β衰變：ZX→Y＋e. (3)兩個重要的衰變 U→Th＋He；Th→Pa＋e. ①核反應中遵循質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發(fā)生變化(質量虧損)而釋放出核能． ②當放射性物質發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射． 2．天然放射現象中衰變次數的計算方法 方法一：根據兩個守恒定律確定衰變次數，設放射性元素X經過n次α衰變和m次β衰

15、變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m，以上兩式聯立解得n＝，m＝＋Z′－Z. 方法二：因為β衰變對質量數無影響，可先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再由電荷數的改變確定β衰變的次數． 3．質能方程的注意點 (1)物體的質量包括靜止質量和運動質量，質量虧損指的是靜止質量的減少，減少的靜止質量轉化為和輻射能量有關的運動質量． (2)質量虧損并不是這部分質量消失或轉變?yōu)槟芰?，只是靜止質量減少． (3)在核反應中遵循能量守恒定律． (4)質量只是物體具有能量多少及能量轉變多少的一種量度． (2017·全國卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程

16、為U→Th＋He.下列說法正確的是(　　) A．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能 B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經歷的時間 D．衰變后α粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量 解析：選B　衰變過程遵守動量守恒定律，故選項A錯，選項B對．根據半衰期的定義，可知選項C錯．α衰變釋放核能，有質量虧損，故選項D錯． (2016·全國卷Ⅲ)(多選)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1．0×107 m/s的質子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si，下列說法正確的是(　　) A．核反應方程為p＋Al→Si B．核反應過程中系統(tǒng)動量守恒

17、C．核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應前后核子數相等，所以生成物的質量等于反應物的質量之和 E．硅原子核速度的數量級為105 m/s，方向與質子初速度方向一致 解析：選ABE　根據電荷數守恒和質量數守恒，核反應方程為p＋Al→Si，選項A正確；在核反應過程中系統(tǒng)動量守恒，能量也守恒，選項B正確，選項C錯誤；因為有質量虧損，生成物的質量與反應物的質量之和不相等，選項D錯誤；根據動量守恒定律0＋mpvp＝msiv，硅原子核速度為v＝ m/s＝3．57×105 m/s，數量級為105 m/s，且方向與質子初速度方向一致，選項E正確． 5．(2017·浙江金華期末)(多選)下列說法正確

18、的是(　　) A．氡的半衰期為3．8天，若取8個氡原子核，經7．6天后就一定剩下2個原子核了 B．重核裂變釋放核能產生新核的過程中，新核的比結合能比該重核的比結合能大 C．光子的能量由光的頻率決定 D．U衰變?yōu)镽n，要經過4次α衰變及6次β衰變 解析：選BC　半衰期是一個統(tǒng)計概念，對個別或少數原子核不適用，A錯誤；比結合能小的原子核變成比結合能大的原子核的過程中釋放能量，所以重核裂變釋放核能產生新核的過程中，新核的比結合能比該重核的比結合能大，B正確；光子的能量ε＝hν由光的頻率決定，C正確；U衰變?yōu)镽n，質量數減少16個，發(fā)生了4次α衰變，電荷數應減少8，而Rn的電荷數比U少6個，

19、說明還發(fā)生了2次β衰變，D錯誤． 6．(2018·天津六校聯考)下列說法正確的是(　　) A．重核裂變和輕核聚變過程質量守恒 B．比結合能大的原子核分解成比結合能小的原子核時吸收能量 C．氡的半衰期為3．8天，若有4個氡原子核，則經過3．8天后就一定只剩下2個氡原子核 D．β衰變中產生的β射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的 解析：選B　重核裂變和輕核聚變過程都有質量虧損，都向外界放出核能，故A錯誤；比結合能大的原子核分解成比結合能小的原子核時，核子的總結合能減小，一定要吸收能量才能完成，故B正確；半衰期是大量放射性元素原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數原子核沒有意義，故C錯誤；β衰變中產生的β射線實際上是原子核中的一個中子轉變成一個質子時形成的，故D錯誤． 8