1、优质文档优质文档第 2 章 原子 原子核【考纲知识梳理】一、原子的核式结构模型1、汤姆生的“枣糕”模型（1）1897 年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构，揭开了研究原子的序幕(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里2、卢瑟福的核式结构模型 19091911 年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进行了 粒子散射实验(1)实验装置如图所示：如图所示，用 粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对 粒子有库仓力作用，一些 粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做 粒子散射.荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目.全
2、部设备装在真空中.(2) 粒子散射实验结果：绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子发生了较大的偏转.，极少数偏转角超过 900，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到 1800(3)现象解释：认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大部分 粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数 粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转.核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转原子核所带的单位正电荷数等于核外的
3、电子数，所以整个原子是呈电中性的电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力说明 核式结构模型的实验基础是 粒子散射实验，原子核是多么小，原子内部是多么“空”.从 粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为 10-14m10 -15m，而原子半径的数量级是 10-10m.二、天然放射性现象1放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于 83 的所有天然存在的元素都有放射优质文档优质文档性，原子序数小于 83 的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种： 射线、 射线、 射
4、线2、三种射线的本质和特性比较 射线：是氦核( 42He)流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强. 射线：是高速的电子流，速度约为光速十分之几，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱. 射线：是高能光子流，波长极短的电磁波，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小.说明 放射性元素有的原子核放出 射线，有的放出 射线，多余的能量以 光子的形式射出.种 类 本 质 质 量（u）电 荷（ e）速 度（ c）电 离 性贯 穿 性 射线 氦核 4 +2 0.1 最强 最弱，纸能挡住 射线 电子 1/1840来源:Z#xx#k.Com-1 0.99 较强 较强，穿
5、几 mm 铝板 射线 光子 0 0 1来源:Zxxk.Com最弱 最强，穿几 cm 铅版三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：3、原子核的衰变定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变.衰变规律：电荷数和质量数都守恒.(1) 衰变的一般方程： XAZ Y42 He每发生一次 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷 数减 O优质文档优质文档小 2，质量数减少 4 衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核) (核内Hen4210)(2) 衰变的一般方程： XAZ Y1 0e每 发生一次 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷
6、数增加1，质量数不变 衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内 1001nHe)， +衰变： eSiP0134015(3) 射线是伴随 衰变或 衰变同时产生的、 射线不改变原子核的电行数和质量数 射线实质:是放射性原子核在发生 衰变或 衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态) 而辐射出光子三、 氢原子能级及氢光谱1、 氢原子能级氢原子的能级：原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为 21nE，对应的轨道半径关系式为： 12rn，其中 n 叫量子数，只能取正整数。n =1 的状态称为基态，氢原子基态的能量值 m053.,eV6.13E。量
7、子数 n 越大，动能越小，势能越大，总能量越大。（1）能级公式： )6.13(12eVEn；该能量包括电子绕核运动的动能和电子与原子核组成的系统的电势能。（2）半径公式： )5.0(12Arn2、 氢光谱在氢光谱中，n=2，3，4，5，向 n=1 跃迁发光形成赖曼线系；n=3，4，5，6 向 n=2 跃进迁发光形成马尔末线系；n=4，5，6，7向 n=3 跃迁发光形成帕邢线系；n=5，6，7，8向 n=4 跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线的前 4 条谱线落在可见光区域内。3、光子的吸收与发射原子从一种定态（能量为 初E） ，跃迁到另一种定态（能量为 终E） ，它辐射或吸收一定频率的光子
8、，光子的能量由这两种定态的能级差决定：即 终初h。若 终初 ，则辐射光子；若 终初 E，则吸收光子。优质文档优质文档能级跃迁：使原子发生跃迁时，入射的若是光子，光子的能量必须恰好等于两定态能级差；若入射的是电子，电子的能量须大于或等于两个定态的能级差。来源:学科网 ZXXK电离：不论是光子还是电子使元子电离，只要光子或电子的能量大于两能级差就可以使其电离。四、 重核的裂变与轻核的聚变1重核的裂变（原子弹、核电站的原理）所谓重核即为质量数很大的原子核裂变方程式例举： 23519013619038540UnSrXen重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应过程叫重核的裂变。在裂变
9、的同时，还会放出几个中子和大量能量铀 235 裂变时，同时放出 23 个中子，如果这些中子再引起其他铀 235 核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，释放越来越多的能量，这种反应叫链式反应（原子弹的原理） 核反应堆是人类对核裂变能的利用。铀 235 核能够发生接式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积链式反应条件：纯铀 235；达到临界体积核反应堆的构造：A.核燃料用铀棒(含 U23593%-4%的浓缩铀) B减速剂用石墨、重水或普通水( U2359只吸收慢中子)来源:学.科.网 Z.X.X.KC控制棒用镉做成(镉吸收中子的能力很强) D冷却剂用水或液态钠(把反应堆内的热量传递出去)E建很厚的水
10、泥防护层屏蔽射线，还要考虑核废料的处理。2轻核的聚变（原子弹的原理） 优点：产能效率高，燃料的储量丰富，安全清洁，废料少易处理。所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量方程： 21H31H 42He 10n轻核聚变条件：只能发生在超高温(需要几百万度高温)条件下，故轻核聚变也叫做热核反应【要点名师精解】类型一 原子的结构与 粒子散射实验【例 1】在卢瑟福的 粒子散射实验中，有少数 粒子发生大角度偏转，其原因是（ ）优质文档优质文档A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子中是均匀分布的 C、原
11、子中存在着带负电的电子D原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析： 粒子散射实验中，有少数 粒子发生了较大偏转并且有极少数 粒子的偏转超过了 900，有的甚至被反弹回去，偏转角达到 l800，这说明了这些 粒子受到很大的库仑力，施力体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的 粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核答案：A类型二 能级跃迁与光纤谱线【例 2】 （09全国卷18）氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在 1.62eV 到 3.11eV之间。由此可推知,
12、 氢原子 （ AD ）A. 从高能级向 n=1 能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短 B. 从高能级向 n=2 能级跃迁时发出的光均为可见光C. 从高能级向 n=3 能级跃迁时发出的光的 频率比可见光的高D. 从 n=3 能级向 n=2 能级跃迁时发出的光为可见光解析：本题考查玻尔的原理理论. 从高能级向 n=1 的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为 9.2 0ev,不在 1.62eV 到 3.11eV之间,A 正确.已知可见光子能量在 1.62eV 到 3.11eV 之间从高能级向 n=2 能级跃迁时发出的光的能量 3.40ev，B 错. 从高能级向 n=3 能级跃迁时发出的光的频率只有
13、能量大于 3.11ev 的光优质文档优质文档的频率才比可见光高,C 错.从 n=3 到 n=2 的过程中释放的光的能量等于 1.89ev 介于 1.62 到 3.11 之间,所以是可见光 D 对。类型三 核能的计算【例 3】 （09山东物理38） (1)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为 0.5MeV 的质子 1H 轰击静止的 X，生成两个动能均为 8.9MeV 的 42He.（1MeV=1.6 -13J）上述核反应方程为_。质量亏损为_kg。解析：（1） 17432He或 17432LiHe， 2923.10EmKgC。考点：原子核【感悟高考真题】1 （2010重庆1）氢原
14、子分能级示意图如题 19 所示，不同色光的光子能量如下表所示。色光 赤 橙 黄 绿 蓝靛 紫光子能量范围（eV）1.612.00 2.002.07 2.072.14 2.142.53 2.532.76 2.763.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有 2 条，其颜色分别为1. 红、蓝靛2. 黄、绿3. 红、紫4. 蓝靛、紫【答案】A来源:学| 科|网 Z|X|X|K【解析】如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出 10.2 eV 的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出 12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV 的三种光子，只有 1.89 e
15、V 属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出 12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV 的六种光子，1.89 eV 和 2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 eV 的光子为蓝靛，A 正确。2.（2010全国卷14）原子核 2389U经放射性衰变变为原子核 23490Th，继而经放射性衰变变为原子核 23491Pa，再经放射性衰变变为原子核 2349。放射性衰变 、和依次为A 衰变、 衰变和 衰变 B 衰变、 衰变和 衰变优质文档优质文档C 衰变、 衰变和 衰变 D 衰变、 衰变和 衰变【答案】A
16、【解析】 ThU234902389 ,质量数少 4,电荷数少 2,说明为 衰变. PaTh2349123490 ,质子数加 1,说明为 衰变,中子转化成质子. UPa234923491 ,质子数加 1,说明为 衰变,中子转化成质子.【命题意图与考点定位】主要考查根据原子核的衰变反应方程，应用质量数与电荷数的守恒分析解决。3. （2010天津2）下列关于原子和原子核的说法正确的是A 衰变现象说明电子是原子核的组成部分B波尔理论的假设之一是原子能量的量子化来源:学.科.网C放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固答案：B4.（2010天津8）用同一光管研究
17、a、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流 I 与光电管两极间所加电压 U 的关系如图。则这两种光A 照射该光电管时 a 光使其逸出的光电子最大初动能大B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C.通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D.通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大答案：BC5. （2010全国卷14）原子核 AZX与氘核 21H反应生成一个 粒子和一个质子。由此可知AA=2，Z=1 B. A=2，Z=2 C. A=3，Z=3 D. A=3， Z=2【答案】D【解析】 HeXAZ1421，应用质量数与电荷数的守恒 12,42ZA，解得,3，答案 D。【命题意
18、图与考点定位】主要考查根据原子核的聚变反应方程，应用质 量数与电荷数的守恒分析解决。6 （2010北京15）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 41026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg【答案】 D优质文档优质文档【解析】根据爱因斯坦的质能方程， 9162204.9cEmkg，D 正确7 （2010上海物理1）卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是（A） 粒子的散射实验 （B）对阴极射线的研究（C） 天然放射性现象的发现 （D）质子的发现答案
19、：A解析：卢瑟福根据 粒子的散射实验结果，提出了院子的核式结构模型：原子核聚集了院子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转。本题考查原子的核式结构的建立。8. （2010上海物理4）现已建成的核电站的能量来自于 （A）天然放射性元素衰变放出的能量 （B）人工放射性同位素放出的的能量（C）重核裂变放出的能量 （D）化学反应放出的能量【解析】C本题考查原子核反应。难度：易。9. （2010上海物理4）某放射性元素经过 11.4 天有 78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为（A）11.4 天 （B）7.6 天 （C）5. 7 天 （D）3.8 天来源:学科网答案：D解析：根据 128t，
20、3t，因为 t=11.4day，所以 1.43=3.8day，选 D。本题考查原子核半衰期的计算。难度：中等。10 （2010福建29（1） ） 14C测年法是利用 14衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标t 表示时间，纵坐标 m 表示任意时刻 的质量， 0m为 t0 时 0的质量。下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是 。 （填选项前的字母）答案：C优质文档优质文档11 （2010江苏物理12(C)）(1)研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极 K） ，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I 与 AK 之
21、间的电压 akU的关系图象中，正确的是 .（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大、 “减小”或“不变”) ， 原因是_。（3）已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.4eV 和- 1.51eV， 金属钠的截止频率为145.0Hz, 普朗克常量 h= 346.10JAs.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属 钠板， 能否发生光电效应。答案：12. （2010新课标34(1)）用频率为 0v的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 123v、 、
22、 的三条谱线，且 321 ，则_.(填入正确选项前的字母)A、 01 B、 321v C、 0123v D、 123v答案：B解析：大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从 n=3 能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，123h，解得： 321v，选项 B 正确13 （2010海南物理19）(1)能量为 iE的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子这一能 iE称为氢的电离能 现用一频率为 的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为_（用光子频率 、电子质量 m、氢原子的电离能 iE和普朗克常量优质文档优质文档h表示） 。【答案】2()iEm来源 :学科网
23、【解析】由能量守恒得 21ihEv，解得电子速度为2()ihEmv。(2) 在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速假设减速剂的原子核质量是中子的 k倍中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求 N次碰撞后中子速率与原速率之比【答案】1()Nk【解析】设中子和作减速剂的物质的原子核 A 的质量分别为 nm和 A，碰撞后速度分别为 nv和 A，碰撞前后的总动量和总能量守恒，有 nnAmvv222nn11m式中 nv为碰撞前中 子速度，由题设 nAmk由式得，经 1 次碰撞后中子速率与原速率之比为nkv经 N 次碰撞后，中子速率与原速率之比为 1()Nk 2009 年高考1.（09全国卷16） 氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为1=0.6328m， 2=3.39m，已知波长为 1的激光是氖原子在能级间隔为 1E=1.96eV 的两个能级之间跃迁产生的。用 E表示产生波长为 2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则 2的近似值为 （ D ）A10.50eV B0.98eV C0.53eV D0.36eV
