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1、第3单元原子结构原子核填一填填一填1粒子散射实验粒子散射实验19091911年，英国物理学家年，英国物理学家和和他他的的助助手手进进行行了了用用粒粒子子轰轰击击金金箔箔的的实实验验，实实验验发发现现绝绝大大多多数数粒子穿过金箔后基本上仍沿粒子穿过金箔后基本上仍沿方方向向前前进进，但但有有少少数数粒粒子子发发生生了了大大角角度度偏偏转转，偏偏转转的的角角度度甚甚至至大于大于90，也就是说它们几乎被，也就是说它们几乎被“撞撞”了回来了回来2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物理学史链接(1)汤姆逊提出原子的“枣糕模型”，英籍
2、物理学家卢瑟福和助手们进行了粒子散射实验，推翻了“枣糕模型”，提出了原子的核式结构模型(2)英国物理学家汤姆逊利用阴极射线管发现电子，并指出阴极射线是高速电子流，因此获得1906年诺贝尔物理学奖(3)法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构，获得1903年诺贝尔物理学奖(4)卢瑟福预言原子核内还有另一种粒子中子，查德威克用粒子轰击铍核时发现中子，获得1935年诺贝尔物理学奖1光谱光谱(1)光谱光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的(频频率率)和和强强度度分分布布的的记记录录，即即光光谱谱(2)光谱分类有些光谱是一条条的，这样
3、的光谱叫做线状谱有些光谱是连在一起的，这样的光谱叫做连续谱(3)氢原子光谱的实验规律2玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列的能量状态中，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，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子的定态是，因此电子的可能轨道也是物理学史链接(1)1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出了量子假说，获得1918年诺贝尔物理学奖(2)丹麦物理学家玻尔提出
4、了原子能量、电子轨道不连续的观点，成功地解释了氢原子光谱，并得出氢原子能级表达式，获得1922年诺贝尔物理学奖2氢原子的能级图氢原子的能级图能级图如图所示能级图如图所示1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、(4)放射性同位素的应用与防护a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b应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等c防护：防止放射性对人体组织的伤害2原子核
5、的衰变(1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种的变化称为的衰变(2)分类(3)半衰期：放射性元素的原子核有半衰期：放射性元素的原子核有发发生生衰衰变变所所需需的的时时间间半半衰衰期期由由原原子子核核内内部部的的因因素素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关决定，跟原子所处的物理、化学状态无关1核力：核子间的作用力核力是力，作用范围在1.51015 m之内，只在相邻的核子间发生作用2核能：核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能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.练一
6、练1(2013福建卷，30(1)在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是_(填选图下方的字母)【解析】金箔中的原子核与粒子都带正电，粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对粒子的斥力作用，及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错、C对【答案】C2(2013天津卷，1)下列说法正确的是()A原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流C氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度
7、有关【解析】原子核发生衰变时遵循电荷数守恒、质量数守恒的规律，A项错误；射线是不带电的高速光子流，B项错误；由氢原子跃迁规则可知，原子向基态跃迁时只能辐射出特定频率的光子，C项正确；光电子的最大初动能与入射光的频率及金属的种类有关，与入射光的强度无关，D项错误【答案】C3(2012北京卷)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【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误【答案】B【解析】反应前电荷总数为92，质量数总数为236，反应后a和b的电荷总数亦应为92
8、，质量数总数应为23621234，所以只有D项符合题意【答案】D考点一原子的跃迁、光谱线考点一原子的跃迁、光谱线考点梳理考点梳理1能级图中相关量意义的说明能级图中相关量意义的说明2.定态间的跃迁满足能级差n小n大吸收能量hEn大En小n大n小放出能量hEn大En小3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电离能n2电离态：E吸0E23.4 eV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典例应用(2014山东理综，39(1)氢原子能级如图，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_(双选，填正确答案标
9、号) a氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于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(2013江苏卷，12C(2)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”)当大量He处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条【解析】离核越远即轨道数n越大，能量越高，故电子处在n3轨道比处在n5轨道上离氦核距离近，由C6可知，大量He处在n4的激发
10、态时，由于跃迁所发射的谱线有6条【答案】近考点二衰变及其射线考点梳理1三种射线的比较 2.衰变、衰变的比较3.对半衰期的两点说明(1)根据半衰期的概念，可总结出公式典例应用(2014重庆理综，1)碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有() 【答案】C【解解析析】设设原原子子核核衰衰变变过过程程中中发发生生了了n次次衰衰变变，m次次衰衰变变，由由核核衰衰变变规规律律及及衰衰变变前前后后质质量量数数守守恒恒与与电电荷荷数数守守恒恒得得4n238206,2nm9282，解解得得n8，m6，故故A正确正确【答案【答案】A 考点三核反应及核
11、能的计算考点梳理1关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，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，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒2对核力的三点说明(1)核力是强相互作用的一种表现(2)核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内(3)每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用3结合能与比结合能(1)结合能：把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量(2)比结合能：定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能特点：不同原子核的比结合
12、能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定4获得核能的途径(1)重核裂变定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程特点：a.裂变过程中能够放出巨大的能量；b.裂变的同时能够放出23(或更多)个中子；c.裂变的产物不是惟一的对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小典例应用钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和粒子，而铀核激发态U*立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097 MeV的光子已知：Pu、U和粒子的质量分别为mPu239.052 1 u、mU235.043 9 u和m4.002 6 u,
13、1 u931.5 Me V/c2.(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求粒子的动能【解题指导】利用核反应中质量数和电荷数守恒写出核反应方程，求出质量亏损，利用爱因斯坦质能方程求得核反应中释放的核能，再利用衰变过程中动量守恒和能量守恒求得新核的动能 【总结提升】计算核能的几种方法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根据平均结合能来计算核能原子核的结合能平均结合能核子数4有时可结合动量守恒和能
14、量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p22mEk的应用 【答案【答案】0.07 MeV 模拟题组模拟题组1(2015宁宁波波高高三三模模拟拟)下下列列能能揭揭示示原原子子具具有有核核式式结结构构的的实验是实验是()A光电效应实验光电效应实验 B伦琴射线的发现伦琴射线的发现C粒子散射实验粒子散射实验 D氢原子光谱的发现氢原子光谱的发现【解析】光电效应实验说明了光的粒子性，A错；伦琴射线的发现说明了原子内部有能级结构，B错；粒子散射实验揭示了原子的核式结构，C对；氢原子光谱的发现说明原子内轨道量子化，D错【答案】C2(2015张家界高三月考)已知金属钾的逸出功为2.22 eV，氢原子的能
15、级示意图如图所示，一群处在n3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【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n3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高考题组3(2014全国新课标卷，35(1)关于天然放射性，下列说法正确的是_A所有元素都可能发生衰变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E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线【解析】原子序
16、数大于或等于83的元素，都能发生衰变，而原子序数小于83的部分元素能发生衰变，故A错放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故B、C项正确在、三种射线中，、为带电粒子，穿透本领较弱，射线不带电，具有较强的穿透本领，故D项正确一个原子核不能同时发生和衰变，故E项错误【答案】BCD4(2014北京理综，14)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A(m1m2m3)c B(m1m2m3)cC(m1m2m3)c2 D(m1m2m3)c2【解析】此核反应方程为HnH，根据爱因斯坦的质能方程得Emc2(m1m2m3)c2，C正确【答案】C新题快递5如图甲所示，国际原子能机构2007年2月15日公布了核辐射警示新标志，新标志为黑框红底三角，内有一个辐射波标记：一个骷髅头标记和一个逃跑的人形核辐射会向外释放3种射线：射线带正电，射线带负电，射线不带电现有甲、乙两个原子核，原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个粒子，另一个核放出一个粒子，得出图乙所示的4条径迹，则()A磁场的方向一定垂直于纸面向里B甲核放出的是粒子，乙核放出的是粒子Ca为粒子的径迹，d为粒子的径迹Db为粒子的径迹，c为粒子的径迹【答案【答案】BD
