《备战2021届高考物理一轮复习专题：第59讲 原子与原子核讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2021届高考物理一轮复习专题：第59讲 原子与原子核讲义（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 第 59 讲原子与原子核 基础命题点一原子的核式结构和氢原子光谱 1电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了 01 电子， 提出了原子的“枣糕模型”。 2原子的核式结构 (1)19091911 年，英籍物理学家 02 卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了 03 核式结构模型。 (2)粒子散射实验的结果：04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 05 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”。 (3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部 06 质量， 07 电子在正电体的外面运动。 3氢原子光
2、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 2 (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其 波长公式1 R（ 1 22 1 n2）(n3,4，5， ，R 是里德伯常量，R1.10107m1)。 (4)光谱分析： 利用每种原子都有自己的 11 特征谱线可以用来鉴别物质和确 定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 4 原子的核式结构与经典理论的矛盾： 原子的核式结构模型很好地解释了 粒子散射实验。但是，经典物理学既无法解释原子的 12 稳定性，又无法解释原 子光
3、谱的 13 分立特征。 1 教材母题(人教版选修 35 P53T3)卢瑟福提出的原子结构的模型是怎 样的？他提出这种模型的依据是什么？ 变式子题(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是() A是通过发现电子现象得出来的 B原子的中心有个核，叫做原子核 C原子的正电荷均匀分布在整个原子中 D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 核外旋转 答案BD 解析原子的核式结构模型是在粒子的散射实验结果的基础上提出的，A 3 错误； 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中心一个很小的范围，称 为原子核，带负电的电子在核外绕核旋转，B、D 正确，C 错误。 2(2019福建三明
4、高三 5 月质检)如图，在粒子散射实验中，图中实线表示 粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c 为某条轨迹上的三个点， 其中 a、c 两点距金原子核的距离相等() A卢瑟福根据粒子散射实验提出了能量量子化理论 B大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向返回 C粒子经过 a、c 两点时动能相等 D从 a 经过 b 运动到 c 的过程中粒子的电势能先减小后增大 答案C 解析卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构理论，A 错误；大 多数粒子击中金箔后几乎不改变方向而沿原方向前进，B 错误；因 a、c 两点距 离金原子核的距离相等，可知电势能相等，则粒子经过 a、c 两点时动能相等， C 正确；
5、从 a 经过 b 运动到 c 的过程中，电场力对粒子先做负功，后做正功， 可知粒子的电势能先增大后减小，D 错误。 3如图甲所示是 a、b、c、d 四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱， 通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是_元素。 4 答案b、d 解析将 a、b、c、d 四种元素的线状谱与乙图对照，可知矿物中缺少 b、d 元素。 基础命题点二玻尔理论 1玻尔理论 (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 01 稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁：当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会 放出能量为 h的光子，这个光子
6、的能量由前后两个能级的能量差决定，即 h 02 EmEn。(h 是普朗克常量，h6.631034Js) (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 03 不连续的，因此电子的可能轨道也是 04 不连续的。 2几个概念 (1)能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值， 5 叫做能级。 (2)基态：原子能量 05 最低的状态。原子处于基态时最稳定。 (3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态。原子处于激发态时 不稳定。 (4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的 06 正整数叫做量 子数。 3氢原子的能级公式 En 0
7、7 1 n2E 1(n1,2,3)， 其中E1为基态能量， 其数值为E1 08 13.6 eV。 能级图如图所示： 4两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子。 发出光子的能量 hE高E低。 (2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量。条件有： 光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差，即 hE高E低。 实物粒子碰撞或电场能转化： 只要提供的能量大于或等于跃迁到高能级所 需要的能量即可。 5电离：光子、实物粒子或电场能等提供的能量大于等于电离能时可使原 子自基态或某个激发态跃迁到量子数为无穷大的能量状态， 此时电子脱离原子核 的束缚。 6 6谱线条数的确定方法 (1)一个
8、处于 n 能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为 09 n1。 (2)一群处于 n 能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数的两种求解方法： 用数学中的组合知识求解：NC2n 10 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。 1(2019湖南长沙模拟)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是() A电子绕原子核做圆周运动的轨道半径是任意的 B电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射 C电子从量子数为 2 的能级跃迁到量子数为 3 的能级时要辐射光子 D不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原 子吸收 答案D 解析氢
9、原子的轨道是不连续的，故 A 错误；电子在绕原子核做圆周运动 时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会产生电磁辐射，故 B 错误；电子从量 子数为 2 的能级跃迁到量子数为 3 的能级时要吸收光子，故 C 错误；根据频率 条件， 不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子 吸收，故 D 正确。 2 教材母题(人教版选修 35 P63T3)如果大量氢原子处在 n3 的能级， 会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出 7 的？ 变式子题 (2019四川南充三诊)如图所示为玻尔理论的氢原子能级图， 用某单色光照射 一群处于基态的氢原子后，发现氢原子最多能发
10、出 6 种频率的光子，则该单色光 光子的能量为() A13.06 eVB12.75 eV C12.09 eVD10.2 eV 答案B 解析根据被某单色光照射的一群氢原子最多能发出 6 种频率的光子， 再由 n n1 2 6，可知氢原子处于 n4 能级，使氢原子自基态跃迁至 n4 的激发态 需要的能量为：EE4E10.85(13.60) eV12.75 eV，故 A、C、D 错误，B 正确。 3按照玻尔原子理论，氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原 子核较远的轨道，要_(填“释放”或“吸收”)能量。已知氢原子的基态 能量为 E1(E10)，电子的质量为 m，则基态氢原子的电离能为_，基态
11、氢 原子中的电子吸收一频率为的光子后被电离，电离后电子的速度大小为 _(已知普朗克常量为 h)。 答案吸收E1 2 hE1 m 解析氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道， 8 原子能量增大，则需要吸收能量。氢原子的基态能量为 E1(E12，那么原子从 a 能 级跃迁到 c 能级状态时将要吸收波长为 12 12的光子 答案D 22 解析衰变是原子核中的中子转化为质子同时产生电子的过程，但电子不 是原子核的组成部分，故 A 错误；粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，B 错误；氢原子核外电子轨道半径越大，其能量越高，C 错误；原子从 a 能级状态 跃迁到 b 能级状态时发射波长
12、为1的光子， 原子从 b 能级状态跃迁到 c 能级状态 时吸收波长为2的光子，已知12，根据玻尔理论得 ab：EaEbh c 1，b c： EcEbh c 2，a c：EcEahc ，联立以上三式得， 12 120，即吸收波长 为 12 12的光子，D 正确。 5(多选)以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中不正确的是() A原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子 B按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨 道时，电子的动能减小，但原子的能量增大 C核衰变中，光子是衰变后转变的新核辐射的 D比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收核 能 答案AD
13、 解析衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电 子释放出来，不是来自核外电子，故 A 错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子 从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增 大，B 正确；核衰变中，衰变后转变的新核不稳定，放出能量才能变得稳定，能 量以光子的形式放出，C 正确；比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能 大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能，故 23 D 错误。本题选说法不正确的，故选 A、D。 6(多选)下列说法中正确的是() A卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构 B.23290Th 衰变成 208
14、82Pb 要经过 6 次衰变和 4 次衰变 C衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成 的 D升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期 答案BD 解析卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原 子核有复杂的结构，A 错误；据衰变、衰变的实质可知 232 90Th20882Pbn42He m0 1e，得 n6，m4，故 B 正确；衰变中产生的射线是由原子核中的中子转 变形成的，C 错误；放射性物质的半衰期只由其本身决定，与外界环境无关，D 正确。 7核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基 础上将加大核电站建设规模，核泄漏中的钚(Pu)是一
15、种具有放射性的超铀元素， 它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素 239 94Pu 的半衰期 为 24100 年，其衰变方程为 239 94PuX42He，下列有关说法正确的是() AX 原子核中含有 92 个中子 B100 个 239 94Pu 经过 24100 年后一定还剩余 50 个 C由于衰变时释放巨大能量，根据 Emc2，衰变过程总质量增加 D衰变发出的射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 答案D 24 解析根据核反应方程遵循的规律，X 原子核中含有 92 个质子，235 个核 子，143 个中子，A 错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，100 个 239
16、 94Pu 经过 24100 年后不一定还剩余 50 个，B 错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变 过程总质量减少，C 错误；衰变发出的射线是波长很短的光子，具有很强的穿 透能力，D 正确。 8“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制 的可控热核反应实验装置。设该实验反应前氘核(21H)的质量为 m1，氚核(31H)的质 量为 m2，反应后氦核(42He)的质量为 m3，中子(10n)的质量为 m4，光速为 c。下列 说法中不正确的是() A这种装置中发生的核反应方程式是 2 1H31H42He10n B由核反应过程质量守恒可知 m1m2m3m4 C核反应放出的能量等于(m1m2m3m4)c2 D这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同 答案B 解析可控热核反应装置中发生的核反应方程式是 2 1H31H42He10n， 故 A 正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损， 因此 m1m2m3m4，故 B 错误；核
