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1、第2讲原子结构原子核 思维驱动 已知金属钾的逸出功为2 22eV 氢原子的能级如图13 2 1所示 一群处在n 3能级的氢原子向低能级跃迁时 能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有 A 一种B 两种C 三种D 四种 氢原子光谱氢原子的能级结构 能级公式 考纲要求 图13 2 1 解析要从金属钾的表面打出光电子 入射光的能量应大于钾的逸出功 一群处在n 3能级的氢原子向低能级跃迁时 只有3能级向1能级 2能级向1能级跃迁时发出的光子能量大于钾的逸出功 因此选B 答案B 知识存盘 一 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 1909 1911年 英国物理学家和他的助
2、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 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 二 氢原子光谱及能级1 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 2 光谱分类有些光谱是一条条的 这样的光谱叫做线状谱 有的光谱是连在一起的 这样的光谱叫做连续谱 正电荷 质量 波长 亮线 光带 2 玻尔理论 1 定态 原子只能处于一系列的能量
3、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 h 6 63 10 34J s 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 不连续 稳定 Em En 不连续 不连续 3 氢原子的能级 能级公式 1 氢原子的能级能级图如图13 2 2所示 图13 2 2 原子物理知识结构 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 解析 衰变释放出电子e 根据质量数守恒和电荷
4、数守恒可进一步确定选项B正确 答案B 知识存盘 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 质子 质子数 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 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 自发 原子核 放射性 放射性 射线 射线 射线 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
5、天然 人工 示踪原子 原子 核 原子核 半数 物 理 化学状态 1 天然放射及特点 原子核衰变过程 电荷数 质量数守恒 2 人造放射性同位素的优点 1 放射强度容易控制 2 可以制成各种所需的形状 3 半衰期很短 废料容易处理 思维驱动 2010 北京卷 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4 1026J 根据爱因斯坦质能方程 太阳每秒钟减少的质量最接近 A 1036kgB 1018kgC 1013kgD 109kg 核力 结合能 质量亏损 考纲要求 知识存盘 1 核力核子间的作用力 核力是强引力 作用范围在1 5 10 15m之内 只在的核子间发
6、生作用 2 核能结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 叫做原子核的能 亦称核能 短程 相邻 核子 结合 3 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 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 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
7、B D两选项正确 答案BD 大于 等于 3 质量较大 热 核反应 2 核反应的四种类型 思维驱动 2011 上海卷 7 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 射线的危害和防护 考纲要求 知识存盘 考点一能级跃迁问题 典例1 2012 江苏 12C 如图13 2 3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
8、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 图13 2 3 变式跟踪1 图13 2 5所示为氢原子的四个能级 其中E1为基态 若氢原子A处于激发态E2 氢原子B处于激发态E3 则下列说法正确的是 A 原子A可能辐射出3种频率的光子B 原子B可能辐射出3种频率的光子C 原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D 原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4 图13 2 5 解析原子A从激发态E2跃迁到E1 只辐射一种频率的光子 A错 原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子 B对 由原子能级跃迁理论可知 原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时
9、放出的光子并跃迁到E3 但不能跃迁到E4 C错 A原子发出的光子能量 E E2 E1大于E4 E3 故原子B不可能跃迁到能级E4 D错 答案B 借题发挥能级跃迁的规律如图13 2 4所示1 定态间的跃迁 满足能级差 n小 n大吸收能量h En大 En小 n大 n小放出能量h En大 En小 图13 2 4 2 电离态与电离能电离态 n E 0基态 电离态 E吸 0 13 6eV 13 6eV电离能 n 2 电离态 E吸 0 E2 3 4eV3 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 4 如果是一群氢原子 向低能级跃迁时最多发出的光谱线条数的 解析衰变过程中原子核的质量数守恒
10、但是会出现质量亏损 则选项A错误 给钍加热 钍的半衰期不变 故选项C错误 答案BD 借题发挥衰变规律及实质 备课札记 借题发挥核反应方程的书写1 核反应过程一般都不是可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒 核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化 质量亏损 且释放出核能 4 核反应遵循电荷数守恒 备课札记 解析 1 根据质量数 电荷数守恒 得X核的质量数为239 235 4 核电核数为94 92 2 故 X 核为氦核 符号为He 2 钚核衰变过程中的
11、质量亏损 m 239 0522u 235 0439u 4 0026u 0 0057u 根据爱因斯坦质能方程 得出衰变过程中放出的能量E 0 0057 931MeV 5 31MeV 变式跟踪4 已知氦原子的质量为MHeu 电子的质量为meu 质子的质量为mpu 中子的质量为mnu u为原子质量单位 且由爱因斯坦质能方程E mc2可知 1u对应于931 5MeV的能量 若取光速c 3 108m s 则两个质子和两个中子聚变成一个氦核 释放的能量为 A 2 mp mn MHe 931 5MeVB 2 mp mn me MHe 931 5MeVC 2 mp mn me MHe c2JD 2 mp mn
12、 MHe c2J 借题发挥解有关核能问题的方法1 根据质量亏损计算 E mc2及1u相当于931 5MeV 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 备课札记 一 能级跃迁问题1 2012 四川卷 17 如图13 2 6所示为氢原子能级示意图的一部分 则氢原子 A 从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2能级辐射出电磁波的波长长B 从n 5能级跃迁到n 1能级比从n 5能级跃迁到n 4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
13、放出能量 图13 2 6 解析因为E4 E3 0 66eV E3 E2 1 89eV 根据c 和h En Em得从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2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的频率越大 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了低能级向外放出能量 选项D错误 答案A 二 对原子结构的考查3 2013 福建质检 如图13 2 7所示是卢瑟福的 粒子散射实验装置 在一个小铅盒里放有少
14、量的放射性元素钋 它发出的 粒子从铅盒的小孔射出 形成很细的一束射线 射到金箔上 最后打在荧光屏上产生闪烁的光点 下列说法正确的是 图13 2 7 A 该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B 该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C 粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D 绝大多数的 粒子发生大角度偏转 解析卢瑟福根据 粒子散射实验 提出了原子核式结构模型 选项A正确 B错误 电子质量太小 对 粒子的影响不大 选项C错误 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原方向前进 D错误 答案A 5 2013 吉林一模 据央视报道 中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力 终于率先建成了世界上第一
15、个全超导的托克马克试验装置并调试成功 这种装置被称为 人造太阳 如图13 2 8所示 它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量 就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源 在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是 图13 2 8 解析A项是发现质子的核反应方程 C项是铀238的衰变方程 D项是铀235的裂变方程 B项正确 答案B 图13 2 9 A 聚变反应不会释放能量B 聚变反应产生了新的原子核C 聚变反应会有质量亏损D 目前核电站都采用He聚变反应发电解析聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核 聚变过程会有质量亏损 要放出大量的能量 但目前核电站都采用铀核的裂变反应 综上所述 选项B C正确 答案BC 7 当前 发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注 相比煤炭等传统能源 核电能够大幅降低二氧化碳 二氧化硫 氮氧化物和粉尘等物质的排放 已成为世界快速发展的电力工业 经广大科技工作者的不懈努力 我国的核电技术已进入世界的先进行列 世界各地现在正在兴建的核电反应堆达到57座 我国以20座名列第一 见Word版活页训练
