（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 第73課時 原子結(jié)構(gòu)與原子核（雙基落實課）講義（含解析）.doc

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第73課時原子結(jié)構(gòu)與原子核(雙基落實課)點點通(一)原子的核式結(jié)構(gòu)1電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。2粒子散射實驗(1)粒子散射實驗裝置(2)粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子甚至被“撞了回來”。3原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)。(2)核式結(jié)構(gòu)模型的局限性：盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋粒子散射實驗現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性。 小題練通1(粵教教材原題)如圖的4個選項中，O點表示某原子核的位置，曲線ab和cd表示經(jīng)過該原子核附近的粒子的運動軌跡，正確的圖是()解析：選D粒子經(jīng)過原子核時受原子核的庫侖斥力，離原子核越近斥力作用越強，由此判斷，D正確。2如圖所示是粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止。圖中所標(biāo)出的粒子在各點處的加速度方向正確的是()AM點 BN點CP點 DQ點解析：選C粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與粒子所受斥力方向相同。帶電粒子加速度方向沿相應(yīng)點與重金屬原子核連線指向曲線的凹側(cè)，故只有選項C正確。 融會貫通(1)根據(jù)粒子散射的現(xiàn)象可以得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。(2)少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是由于經(jīng)過原子核附近時受到了較強的作用力。(3)原子核與粒子之間的作用力為庫侖斥力，距離越近，斥力越強。點點通(二)能級躍遷1氫原子光譜(1)光譜：用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 (3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：氫原子光譜是線狀光譜，巴耳末系譜線的波長滿足R(n3,4,5，R是里德伯常量，R1.10107 m1)。(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。2氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式(1)玻爾理論定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為h的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hEmEn。(h是普朗克常量，h6.631034 Js)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。(2)幾個概念能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫做能級?；鶓B(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他的狀態(tài)。量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。(3)氫原子的能級公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E113.6 eV。(4)氫原子的半徑公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1 0.531010 m。3氫原子的能級圖 小題練通1(多選)(教科教材原題)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，原子中電子繞核運動的半徑()A可以取任意值B是一系列不連續(xù)的特定值C可以在某一范圍內(nèi)任意取值D不同的軌道半徑與不同的能量狀態(tài)相對應(yīng)解析：選BD根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，電子繞核運動的半徑只能是一系列不連續(xù)的特定值，且不同的軌道半徑與不同的能量狀態(tài)相對應(yīng)，故B、D正確。2.如圖是氫原子的能級示意圖。當(dāng)氫原子從n4能級躍遷到n3能級時，輻射出光子a；從n3能級躍遷到n2能級時，輻射出光子b。以下判斷正確的是()A在真空中光子a的波長大于光子b的波長B光子b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)C光子a可能使處于n4能級的氫原子電離D大量處于n3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射2種不同的譜線解析：選A氫原子從n4能級躍遷到n3能級的能級差小于從n3能級躍遷到n2能級時的能級差，根據(jù)EmEnh知，光子a的能量小于光子b的能量，所以光子a的頻率小于光子b的頻率，在真空中光子a的波長大于光子b的波長，故A正確；光子b的能量小于基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)的能級差，所以不能被基態(tài)的原子吸收，故B錯誤；根據(jù)EmEnh可知光子a的能量小于n4能級氫原子的電離能，所以不能使處于n4能級的氫原子電離，C錯誤；大量處于n3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射3種不同的譜線，故D錯誤。3(2018天津高考)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線H、H、H和H，都是氫原子中電子從量子數(shù)n2的能級躍遷到n2的能級時發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定()AH對應(yīng)的前后能級之差最小B同一介質(zhì)對H的折射率最大C同一介質(zhì)中H的傳播速度最大D用H照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則H也一定能解析：選A根據(jù)，可得，由EmEnh，知H對應(yīng)的兩能級之差最小，故A正確；光在同一介質(zhì)中傳播，頻率越高，折射率越大，而傳播速度v，則H的折射率最小，H的傳播速度最小，故B、C錯誤；光的頻率達到截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，所以用H照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，而H則不一定能，故D錯誤。4(滬科教材原題)處于基態(tài)的氫原子在某單色光照射下，只能發(fā)出頻率分別為1、2、3的三種光，且123，則該照射光的光子能量為()Ah1Bh2Ch3 Dh(123)解析：選C基態(tài)氫原子吸收光子后只能發(fā)出頻率為1、2、3的三種光，說明氫原子從n1能級可以躍遷到n3能級，故該光子的能量為h3，C正確。 融會貫通解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的注意事項(1)能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的。(2)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hEmEn求得，若求波長可由公式c求得。(3)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n1。(4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：NC。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。點點通(三)原子核的衰變規(guī)律1原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。2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，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。(2)三種射線構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力穿透能力射線氦核He2e4 u最強最弱射線電子ee較強較強射線光子00最弱最強3.原子核的衰變(1)衰變：原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)分類衰變：XYHe衰變：XYe。(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。 小題練通1(2017全國卷)一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe。下列說法正確的是()A衰變后釷核的動能等于粒子的動能B衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間D衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量解析：選B靜止的鈾核在衰變過程中遵循動量守恒定律，由于系統(tǒng)的總動量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和粒子的動量等大反向，即pThp，B項正確；因此有，由于釷核和粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和粒子的動能不等，A項錯誤；根據(jù)半衰期的定義可知，C項錯誤；由于衰變過程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過程有質(zhì)量虧損，D項錯誤。2(粵教教材原題)氡222放在天平的左盤時，需在天平的右盤加444 g砝碼，天平才能處于平衡狀態(tài)，氡222發(fā)生衰變，經(jīng)過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應(yīng)從右盤中取出的砝碼為()A220 g B8 gC2 g D4 g解析：選D經(jīng)過一個半衰期，有一半的氡222發(fā)生衰變，放出的粒子的總質(zhì)量為4 g，故D正確。3(2019東北三校模擬)如圖所示為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗示意圖，利用釙(Po)衰變放出的粒子轟擊鈹(Be)，產(chǎn)生的粒子P能將石蠟中的質(zhì)子打出來，下列說法正確的是()A粒子是氦原子B粒子Q的穿透能力比粒子P的強C釙的衰變方程為 PoPbHeD粒子轟擊鈹?shù)暮朔磻?yīng)方程為HeBe 126Cn解析：選D粒子是氦原子核，選項A錯誤；粒子P是中子，粒子Q是質(zhì)子，由于質(zhì)子帶正電，當(dāng)質(zhì)子射入物體時，受到庫侖力的作用會阻礙質(zhì)子的運動，而中子不帶電，不受庫侖力作用，粒子P的穿透能力比粒子Q的強，選項B錯誤；在釙衰變中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒知產(chǎn)生的是Pb，選項C錯誤；HeBeCn是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，選項D正確。4(魯科教材原題)完成下面的核反應(yīng)方程式，并指出其衰變類型。 RaRn_，這是_衰變。PbBi_，這是_衰變。解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得：RaRnHe，為衰變。 PbBie，為衰變。答案：Hee 融會貫通(1)原子核發(fā)生衰變時遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。(2)每發(fā)生一次衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)減小“4”，每發(fā)生一次衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)增大“1”。(3)原子核的衰變發(fā)生的快慢由半衰期決定，半衰期取決于放射性元素的種類，與原子所處的外界條件無關(guān)。點點通(四)核反應(yīng)方程與核能計算1核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芅HeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBeCn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHePn(約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性)PSie重核裂變比較容易進行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n輕核聚變很難控制HHHen2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。3對質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即Emc2。方程的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)減少，即Emc2。(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收的能量為Emc2。4核能的計算方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖：(2)核反應(yīng)遵守動量守恒定律和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律來計算核能。在動量守恒方程中，各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算結(jié)合能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能核子數(shù)。 小題練通1(2018全國卷)1934年，約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁核Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：AlnX。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A15和28B15和30C16和30 D17和31解析：選B將核反應(yīng)方程式改寫成HeAlnX，由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知，X應(yīng)為X，B正確。2(滬科教材原題)完成下列核反應(yīng)方程，并指出核反應(yīng)的類型：He_HeH，是_變。NaMg_，是_變。Na_NaH，是_變。92Un56Ba_3n，是_變。解析：HeHHeH，是輕核聚變。NaMge，是衰變。Na01eNaH，是人工轉(zhuǎn)變。UnBaKr3n，是重核裂變。答案：H輕核聚e衰e人工轉(zhuǎn)Kr重核裂3(教科教材原題)兩個氘核聚變時產(chǎn)生一個中子和一個氦核(氦的同位素)，已知氘核的質(zhì)量mH2.014 1 u，氦核的質(zhì)量為mHe3.016 0 u，中子的質(zhì)量為mn1.008 7 u。(以上質(zhì)量均指靜質(zhì)量)(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)計算反應(yīng)釋放出的核能；(3)如果反應(yīng)前兩個氘核的動能均為0.35 MeV，它們正面對碰發(fā)生聚變，且反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動能，計算反應(yīng)生成的氦核和中子的動能。解析：(1)HHHen。(2)m2.014 12 u3.016 0 u1.008 7 u0.003 5 uE0.003 5931.5 MeV3.26 MeV。(3)核反應(yīng)過程中動量守恒，設(shè)氦核質(zhì)量為m1，速度大小為v1，中子質(zhì)量為m2，速度大小為v2m1v1m2v2p根據(jù)Ek，可得Ek1E總(0.3523.26)MeV0.99 MeVEk2E總(0.3523.26)MeV2.97 MeV。答案：(1)HHHen(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV2.97 MeV 融會貫通(1)根據(jù)Emc2計算時，m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”。(2)根據(jù)Em931.5 MeV計算時，m的單位是“u”，E的單位是“MeV”。