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1、第2讲原子和原子核一、原子物理1.原子的核式结构(1)19091911年，英籍物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了原子核式结构模型.图1(2)粒子散射实验的结果：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”，如图1所示.(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动.2.氢原子光谱(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(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
2、谱线，其波长公式R()(n3,4,5R是里德伯常量，R1.10107 m1).(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的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.3.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稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：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，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(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
3、子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.4.氢原子的能量和能级变迁(1)能级和半径公式：能级公式：EnE1(n1,2,3)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV.半径公式：rnn2r1(n1,2,3)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m.(2)氢原子的能级图，如图2所示图2自测1(多选)如图3所示为粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()图3A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C
4、.放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D.放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少答案ABD解析根据粒子散射现象，绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒子发生较大偏转，A、B、D正确.自测2一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子()A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少答案B二、天然放射现象和原子核1.天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.(2)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.
5、应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等.防护：防止放射性对人体组织的伤害.2.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电.(2)基本关系核电荷数(Z)质子数元素的原子序数核外电子数.质量数(A)核子数质子数中子数.(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.分类衰变：XYHe衰变：XY_e当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射.两个典型的衰变方程衰变：UThHe衰变：ThPae.(2)半
6、衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.(3)公式：N余N原，m余m原.4.核力和核能(1)原子核内部，核子间所特有的相互作用力.(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其对应的能量Emc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为Emc2.自测3(2018全国卷14)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：AlnX.X的原子序数和质量数分别为()A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31答案B解
7、析将核反应方程式改写成HeAlnX，由电荷数和质量数守恒知，X应为X.命题点一玻尔理论和能级跃迁1.定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n)高能级(m)吸收能量.hEmEn(2)从高能级(m)低能级(n)放出能量.hEmEn.2.电离电离态与电离能电离态：n，E0基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV.激发态电离态：E吸0En|En|.若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.例1(多选)(2014山东卷39(1)氢原子能级如图4所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()图4A.氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的
8、波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C.一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级答案CD解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，A错误；由EmEnh可知，B错误，D正确；根据C3可知，辐射的光子频率最多3种，C正确.变式1(多选)(2018山东省烟台市上学期期末)如图5，一群处于n5能级的氢原子在向n1的能级跃迁的过程中()图5A.放出4种频率不同的光子B.放出10种频率不同的光子C.放出的光子的最大能量为13
9、.06 eV，最小能量为0.66 eVD.放出的光子有的能使逸出功为13 eV的金属发生光电效应现象答案BD解析一群处于n5能级的氢原子向低能级跃迁时，共产生C10种频率不同的光子，故A项错误，B项正确；根据玻尔理论知能级差越大，跃迁时放出的光子能量越大，故EmaxE5E10.54 eV(13.6 eV)13.06 eV，EminE5E40.54 eV(0.85 eV)0.31 eV，C项错误；因Emax13.06 eV13 eV，故有的光子的能量大于逸出功可以使逸出功为13 eV的金属发出光电效应，D项正确.变式2(2018陕西省宝鸡市质检二)氢原子能级图如图6所示，当氢原子从n3的能级跃迁
10、到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm，下列判断正确的是()图6A.氢原子从n4的能级跃迁到n2的能级时，辐射光的波长大于656 nmB.当氢原子从n4的能级跃迁到n2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应C.一个处于n4的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D.用能量为1.0 eV的光子照射处于n4能级的氢原子，可以使氢原子电离答案D解析氢原子从n4的能级跃迁到n2的能级时，辐射光的能量大于氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级时辐射光的能量，根据E可知，氢原子从n4的能级跃迁到n2的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，故A错误；从n4的能级跃迁到n
11、2的能级时辐射出的光子能量为2.55 eV，大于金属钾的逸出功，能使钾发生光电效应，故B错误；一个处于n4的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线，故C错误；当处于n4能级的氢原子吸收的能量大于或等于0.85 eV时，将会被电离，故D正确.命题点二原子核的衰变及半衰期1.衰变规律及实质(1)衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变过程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2H2nHenHe匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)射线：射线经常伴随着衰变或衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生
12、的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.2.确定衰变次数的方法因为衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数.3.半衰期(1)公式：N余N原，m余m原.(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.例2(2017全国卷15)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为，下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等
13、于衰变前铀核的质量答案B解析静止的铀核在衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pThp0，即钍核的动量和粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；根据Ek可知，选项A错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个粒子不适用，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误.变式3(多选)(2018河南省濮阳市第二次模拟)关于原子和原子核，下列说法正确的是()A.粒子散射实验表明，原子是可分的B.原子核发生衰变，原子核的质子数会增加C.外界的温度越高，原子半衰期越短D.根据玻尔理论可知，氢原子从高能
14、级向低能级跃迁时，可以辐射各种不同频率的光子答案AB解析卢瑟福由粒子散射实验提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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绕着核旋转，即原子是可分的，A正确；经过一次衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，B正确；原子的半衰期与外界因素无关，C错误；据玻尔理论可知，氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以辐射特定频率的光子，D错误.变式4(多选)(2015山东卷39(1)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年.已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小.现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是()A.该古木的年代距今约5 700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变答案AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古
