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1、第4讲 原子结构和原子核一、卢瑟福核式结构模型1.汤姆生的“枣糕”模型汤姆生均匀(1)1897 年，_发现电子，提出原子的“枣糕”模型，揭开了人类研究原子结构的序幕.(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷_分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里.2.卢瑟福的核式结构模型(1)粒子散射实验装置：如图 11-4-1 所示.图 11-4-1实验规律卢瑟福的分析_粒子仍沿原来的方向前进原子中间绝大部分是_少数粒子发生了较_的偏转，极少数的偏转角超过了_，个别甚至被弹回，偏转角几乎达到 180粒子碰到了质量比自己大得多的带正电的物质，原子的正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的范围内(
2、2)粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析绝大多数大90空隙(3)原子核式结构模型原子核正质量在原子的中心有一个很小的核，叫_.原子的全部_电荷和几乎全部的_都集中在原子核里.旋转核子质量质子带负电的电子在核外空间里绕着核_.(4)原子核大小：从粒子散射实验的数据估算出原子核的半径约为10151014 m(原子的半径约为1010 m).3.质子和中子统称_，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的_数等于其质子数与中子数之和.具有相同_数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称_.同位素【基础检测】1.(多选)如图 11-4-2 所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的
3、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 11-4-2A.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.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.答案：ABD二、玻尔原子模型与原子光谱1.玻尔原子模型为解决原子核结构的稳定性和原子发光的不连续性问题，玻尔提出了三条假设：量子化能量稳定(1)轨道假设：轨道是_的
4、，其半径只能是某些分立的值.能量辐射吸收能级差(2)定态假设：不同的轨道对应着不同的_状态，这些状态中原子是_的，不向外辐射能量.(3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的_，从一个定态向另一个定态跃迁时要_或_一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的_.2.能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是_的，因此各状态对应的能量也是_的，这些能量值叫能级.3.基态与激发态：能量_状态叫做基态；其他能量状态叫激发态.不连续不连续最低的4.光子的辐射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时要_光子，由基态向激发态跃迁时要_光子.光子的频率与能级的关系为_.辐射吸收hEmEn5.原子光谱(1)光谱分析：利用元素
5、的特征谱线(线状谱)分析和确定物质的组成成分.(2)氢原子光谱的实验规律：【基础检测】2.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A.吸收光子的能量为h1h2B.辐射光子的能量为h1h2C.吸收光子的能量为h2h1D.辐射光子的能量为h2h1答案：D解析：氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率2大于红光的频率1，所以h2h1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子
6、能量应为h2h1.故选项D正确.三、原子核1.天然放射现象的发现贝克勒尔8383(1)_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.(2)通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于或等于_的所有天然存在的元素都具有放射性，原子序数小于_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常见的有三种：_.射线、射线、射线2.天然衰变中核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是_守恒和_守恒.质量数电荷数3.半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有_发生衰变所需要的时间.半数快慢物理状态(2)意义：反映了核衰变过程的_程度，具有统计性.(3)特征
7、：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的_或_无关.化学状态4.原子核的人工转变(1)质子的发现.质子中子(3)放射性同位素的人工合成.四、核力、核能、重核的裂变和轻核的聚变1.核力：原子核的半径很小，其中的质子之间的库仑力很大，受到这么大的库仑斥力却能处于稳定状态，一定还有别的力把各核子紧紧地拉在一起，这种力叫做核力.核力具有以下特点：(1)核力是很强的力.相邻(2)核力作用范围很小，只在 2.01015 m的短距离内起作用.(3)每个核子只跟它_的核子发生核力作用.2.核能(1)结合能：核子结合成_时放出一定的能量，_分解成核子时吸收一定的能量，这种能量叫结合能.(2)质量亏损：核子结合生
8、成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做_.(3)爱因斯坦质能方程：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是_，这就是爱因斯坦质能方程，其另一个表达形式是Emc2.原子核原子核质量亏损Emc23.获得核能的途径(1)重核的裂变中等10重核俘获一个中子后分裂为两个或几个_质量数的原子核，则这样的反应叫做重核的裂变.在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量.2He(2)轻核的聚变较大4某些轻核结合成质量数_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.轻核聚变只能发生在超高温条件下，故轻核聚变也叫做热核反应.【基础检测】3.(2016 年湖北黄冈高
9、三检测)某些建筑材料可产生放射性气体氡，氡可以发生或衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康.原来静止的氡核 发生一次衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为 E00.09 MeV 的光子.已知放出的粒子动能为 E5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u931.5 MeV/c2.(1)写出衰变的核反应方程.(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(计算结果保留 3 位有效数字)由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、粒子的动能形式出现，衰变时释放出的总能量为EEEPoE0mc2故衰变过程中总的质量亏损是m
10、0.006 16 u.考点1氢原子的能级跃迁重点归纳1.氢原子能级公式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；对应的轨道半径关系式为 rnn2r1，其中 n 叫量子数，只能取正整数.n1 的状态称为基态，n1 时称为激发态；量子数 n 越大，动能越小，电势能越大，总能量越大.2.光子的吸收与辐射原子从一种定态(能量为E初)跃迁到另一种定态(能量为E末)，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能级差决定，即hE初E末.若E初E末，则辐射光子；若E初E末，则吸收光子.3.解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项(1)氢原子能级图：如图 11-4-3 所示.图 11-4-3
11、用数学中的组合知识求解：(2)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的.(3)能级之间发生跃迁时放出(或吸收)光子的频率由hEmEn 求得.若求波长可由公式 c求得.(4)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n1.(5)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：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.典例剖析例 1：(多选)如图 11-4-4 所示是氢原子的能级图，大量处于n4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出 6 种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向 n2 能级跃迁时释放的光子，则()图 11-4-4A.6 种光子中
12、波长最长的是 n4 激发态跃迁到基态时产生的B.6 种光子中有 2 种属于巴耳末系C.使 n4 能级的氢原子电离至少要 0.85 eV 的能量D.若从 n2 能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从 n3 能级跃迁到 n2 能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应答案：BC【考点练透】1.如图 11-4-5 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 11-4-5ABCD答案：C考点2核衰变及三种射线重点归纳1.核衰变2.三种射线的本质和特性空气中射程为几厘米，贯穿本领小，电离作用强.
13、(2)射线：是高速的电子流，速度约为光速的十分之九，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱.(3)射线：是高能光子流，波长极短的电磁波，贯穿本领最强，能穿透几厘米的铅板，电离作用小.(4)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.3.衰变次数的求解方法典例剖析例 2：贝克勒尔在 120 年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用.下列属于放射性衰变的是()解析：A 为衰变方程，B 为重核裂变，C 为轻核聚变，D为原子核的人工转变，所以A 正确.答案：A【考点练透】2.(2016 年广西桂林第十八中学检测)关于天然放射性，下列说法
14、正确的是()A.所有元素都有可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.、和三种射线中，射线的穿透能力最强解析：原子核可以自发地衰变，但不是所有元素都可以发生衰变，选项 A 错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，选项 B 正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，选项 C 正确；、和三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项 D 正确.答案：BCD考点3核反应方程与核能计算重点归纳1.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基(2)掌握
15、核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向.(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.2.核能的计算方法(1)根据Emc2 计算，计算时m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”.(2)根据Em931.5 MeV 计算.因 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时m 的单位是“u”，E 的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能核子比结合能核子数.典例剖析B.核反应方程过程中系统动量守恒C.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D.硅原子核速度的数量级为 105 m/s，方向与质子初速度方向一致答案：ABD备考策略：由质量数、电荷数守恒可知核反应方程；由动量守恒可知硅原子核速度的数量级及速度方向，本大题包含了35 原子物理的内容，难度不大，但从题目来看考查范围很广，要求能全面掌握.【考点练透】3.(2016 年新课标全国卷改编)在下列描述的核反应过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_.下列方程式依次填入的顺序是()A.B.C.D.答案：B
