1、第3讲原子结构与原子核考纲下载：1.氢原子光谱()2.氢原子的能级结构、能级公式()3原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期() 4.放射性同位素()5核力、核反应方程() 6.结合能、质量亏损()7裂变反应和聚变反应、裂变反应堆() 8.射线的危害和防护()主干知识练中回扣忆教材 夯基提能1原子结构(1)原子的核式结构19091911年，英国物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型；粒子散射实验a实验装置：如图所示；b实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回；核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核
2、，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核旋转。(2)氢原子光谱氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，其中巴耳末线系公式表示为：R(n3，4，5，)。(3)玻尔的原子模型玻尔理论a轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子的轨道是量子化的；b定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是量子化的。这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，不向外辐射能量；c跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个状态的能
3、量差，即hEmEn。四个概念a能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值；b基态：原子能量最低的状态；c激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态；d量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。氢原子的轨道半径和能级a氢原子的半径公式：rnn2r1(n1，2，3，)，其中r1为基态半径，r10.531010 m；b氢原子的能级公式：EnE1(n1，2，3，)，其中E1为基态能量，E113.6 eV。2原子核(1)天然放射现象放射性：物质放射出射线的性质；放射性元素：具有放射性的元素；同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核；放射性同位素：具有放射性的同位素。(2)原子核
4、的组成原子核：由质子和中子组成，质子和中子统称为核子；核电荷数(Z)：等于核内质子数，也等于核外电子数，还等于元素周期表中的原子序数；质量数(A)：等于核内的核子数，即质子数与中子数之和。(3)原子核的衰变三种射线的比较种类射线射线射线组成高速 氦核流高速 电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质量4mp(mp1.671027 kg)静止质量为零符号Hee速度0.1c0.99c在电磁场中偏转与射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板最强，穿透几厘米的铅板对空气的电离作用c很强很弱半衰期a定义：放射性元素的原子核有较弱_半数发生衰变所需的时间；b衰变规律：NN0、
5、mm0；c影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。(4)核力与核能核力a含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核；b特点：核力是强相互作用(强力)的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内；每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。核能a结合能：把构成原子核而结合在一起的核子分开所需的能量；b质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即Emc2；核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2；c质能方程的意义：质量和能量是物质的两种属性，质能方程揭示了质量和能量是不可
6、分割的，它建立了两个属性在数值上的关系。(5)获得核能的途径重核裂变a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；b特点：裂变过程中能够放出巨大的能量；裂变的同时能够放出23(或更多)个中子；裂变的产物不是唯一的；典型的裂变方程：92UnKr56Ba3n。轻核聚变a定义：两个轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程；b特点：聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍；聚变反应比裂变反应更剧烈；对环境污染较小；自然界中聚变反应原料丰富；典型的聚变方程：HHHen。判断正误(1)卢瑟福做粒子散射实验时发现粒子绝大多数穿过
7、只有少数发生大角度偏转。()(2)氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的。() (3)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hEn。()(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁。()(5)发生衰变时，新核的核电荷数不变。()(6)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒。()(7)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化。()核心考点分类突破析考点 讲透练足考点一能级跃迁与光谱线1对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示。 (2)能级图中相关量意义的说明：相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1，2，3”
8、表示量子数横线右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hEmEn2.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子。光子的频率。(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量。光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hE；碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外E；大于电离能的光子被吸收，将原子电离。3谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用
9、数学中的组合知识求解：NC；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(2016河源模拟)用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2和3的三条谱线，且321，则()A01 B321C0123 D.解析：选B大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n3能级向低能级跃迁，n3能级向n1能级跃迁时，h3E3E1；n2能级向n1能级跃迁时，h2E2E1；n3能级向n2能级跃迁时，h1E3E2；将以上三式变形可得h3h2h1，解得321，所以B正确，C、D错误；再根据氢原子理论可知，入射光频率03，所以A错误。2多选(2
10、016青岛质检)有关氢原子光谱的说法正确的是()A氢原子的发射光谱是连续谱B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析：选BC由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级EnE1，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C正确；当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为EEnEmE1E1E1h，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差有关，故D错误；由于氢原子发射的光子的能量EEnEmE1E1E1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只
11、能是一些特殊频率的谱线，故A错误，B正确。3多选(2016南昌模拟)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n3能级，下列说法中正确的是()A这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVC从n3能级跃迁到n2能级时发出的光波长最长D这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁E如果发出的光子中只有一种能使某金属产生光电效应，那一定是由n3能级跃迁到n1能级发出的解析：选ACE根据C3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由n3跃迁到n1，辐射的光子能量最大，E13.61.51 eV12.09 eV，故B错误；从n3跃迁到n2辐射的光子
12、能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n3的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误；如果发出的光子只有一种能使某金属产生光电效应，知这种光子为能量最大的一种，即为n3跃迁到n1能级发出的，故E正确。 考点二原子核的衰变规律1衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程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衰变类型衰变衰变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.确定、衰变次数的两种方法方法1：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素 X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳
13、定的新元素 Y，则表示该核反应的方程为：XYnHeme。根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm由以上两式联立解得n，mZZ由此可见，确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组。方法2：因为衰变对质量数无影响，可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。1多选(2016南通模拟)钍90Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤91Pa，同时伴随有射线产生，其方程为90Th91PaX，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是()AX为质子BX是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C射线是镤原子核放出的D1 g钍90Th经过120天后还剩0.312 5 g
14、解析：选BC根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；衰变的实质为衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的，故B正确；射线是镤原子核放出的，故C正确；钍的半衰期为24天，1 g钍90Th经过120天后，发生5个半衰期，1 g钍经过120天后还剩0.031 25 g，故D错误。2(2015福建高考)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A射线是高速运动的电子流B氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下50克解析：选B射线是高速电子流，而
15、射线是一种电磁波，选项A错误。氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确。太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误。10天为两个半衰期，剩余的Bi为100g100g25 g，选项D错误。考点三核反应方程与核能的计算1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程衰变衰变自发92U90ThHe衰变自发90Th91Pa01e人工转变人工控制7NHe8OH(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德威克发现中子)AlHePnPSie(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)重核裂变比较容易进行人工控制92Un56BaKr3n92Un54XeSr10n轻核聚变很难控制HHH
16、en2.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础。如质子(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)掌握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，核电荷数守恒。3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
17、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。 典题1(2016淮安模拟)1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂7(Li)原子核，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。(1)写出核反应方程式；(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为v0，方向与质子运动方向相反，求反应后产生的另一个原子核的速度以及反应过程中释放的核能(设反应过程释放的核能全部转变为动能)。解析(1)根据质量数与电荷数守恒，则有LiH2He(2)由动量守恒定律解得vv0释放的核能为
18、E(4m)v24mmv解得Emv答案(1)LiH2He(2)mv听课笔记1多选下列核反应方程及其表述完全正确的是()A.HeHHeH是聚变反应B.92U90ThHe是人工核转变C.92UnKr5656Ba3n是裂变反应D.NaMg01e是裂变反应解析：选ACA选项中的反应方程式是由质量较小的核变成质量较大的核，是聚变反应；B选项中的是衰变；C选项中的是裂变反应；D选项中的是衰变。2多选(2015广东高考)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：XYHeH4.9 MeV和 HHHeX17.6 MeV，下列表述正确的有()AX是中子BY的质子数是3，中子数是6C两个
19、核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，则由HHHeX17.6 MeV知X为 n，由XYHeH4.9 MeV知Y为 Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，A正确，B错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，C错误；XYHeH4.9 MeV是原子核的人工转变，HHHen17.6 MeV为轻核聚变，D正确。3(2016淄博模拟)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)。已知原子质量单位1 u1.671027 kg，1 u相当于9
20、31 MeV。(1)写出核衰变反应方程，并算出该核衰变反应中释放出的核能；(2)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解析：(1)根据电荷数和质量数守恒有UThHe质量亏损m0.005 9 uEmc20.005 9931 MeV5.49 MeV(2)系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pThp根据动能和动量的关系EkEkThEkTh所以钍核获得的动能EkThEk代入数据得EkTh0.09 MeV答案：(1)UThHe5.49 MeV (2)0.09 MeV专题突破训练1如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏
21、之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数。若撤去电场后继续观察，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为()A射线和射线 B射线和射线C射线和X射线 D射线和射线解析：选D放射性元素放射出的射线为射线、射线和射线，射线贯穿能力弱，一张薄纸就可挡住，射线贯穿能力较强，可贯穿铝片，射线穿过能力极强。射线带正电，射线带负电，在电场中偏转，射线不带电。由此可知，放射源发出的射线可能为射线和射线。选项D正确。2(2016佛山质检)下列说法中正确的是()A一群处于n3能级的氢原
22、子自发跃迁时能发出2种不同频率的光子B.92U的一种裂变可能为92Un54XeSr3nC核反应 HHHen属于原子核聚变D发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，遏止电压就越大解析：选C根据公式C3知，处于n3能级的氢原子自发跃迁时能发出3种不同频率的光子，A错误；92Un54XeSr3n，不满足质量数守恒条件，B错误；核反应 HHHen属于原子核聚变，C正确；遏止电压与入射光的频率成正比关系，与光强无关，D错误。3(2016仙桃质检)处于激发状态的原子，在入射光的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射。原子发生受激辐射时
23、，发出的光子频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量E、电势能Ep、电子动能Ek的变化情况是()AEp增大、Ek减小、E减小BEp减小、Ek增大、E减小CEp增大、Ek增大、E增大DEp减小、Ek增大、E不变解析：选B发生受激辐射时，向外辐射能量，知原子总能量减小，轨道半径减小，根据km知，电子的动能增大，由于能量减小，则电势能减小，故A、C、D错误，B正确。4(2016海淀区模拟)下列说法正确的是()A.PSie是一种核裂变反应B核反应堆产生的能量一定来自轻核聚变C太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应D
24、卢瑟福为解释粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说解析：选DPSie是一种核衰变反应，故A错误；核反应堆产生的能量来自重核裂变，故B错误；太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变，故C错误；卢瑟福通过粒子散射实验，提出原子核式结构模型，故D正确。5(2016绵阳模拟)关于天然放射现象，以下叙述正确的是()A若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D铀核(92U)衰变为铅核(82Pb)的过程中，要经过8次衰变和6次衰变解析：选D半衰期的长度与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰
25、期将不变，故A错误；衰变所释放的电子是从原子核内释放出的电子，故B错误；在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，故C错误；铀核(92U)衰变为铅核(82Pb)的过程中，每经一次衰变，质子数少2，质量数少4，而每经一次衰变，质子数增1，中子数不变；由质量数和核电荷数守恒，要经过8次衰变和6次衰变，故D正确。6多选(2016丰台区质检)下列说法正确的是()A天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构B一群处于n3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光C放射性元素发生一次衰变，原子序数增加1D.92U的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短解析：选BC天
26、然放射现象的发现揭示了原子核也有复杂的内部结构，A错误；半衰期由原子核内部的因素决定，跟外界环境的变化无关，D错误，B、C正确。7多选(2016保定模拟)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n3的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为2.25 eV的钾，下列说法正确的是()A这群氢原子能发出三处不同频率的光B这群氢原子发出光子均能使金属钾发生光电效应C金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于 12.09 eVD金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于 9.84 eVE氢原子发出光子后其核外电子动能变小解析：选ACD根据C3知，这群氢原子能辐射出三种不同频率的光子，从n
27、3向n2跃迁的光子频率最小，波长最长，故A正确；只有从n3跃迁到n1，以及从n2跃迁到n1辐射的光子能量大于逸出功，所以能发生光电效应的光有两种，故B错误；从n3跃迁到n1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.6 eV1.51 eV12.09 eV，根据光电效应方程得，EkmhW012.09 eV2.25 eV9.84 eV，故C、D正确；原子发出光子后，向低能级跃迁，其核外电子动能变大，电势能变小，故E错误。8(2016南昌质检)太阳内部不断进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核是其中一种，请写出其核反应方程_；如果氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为_。解析：根据电荷数守恒、质量守恒，知核反应方程为HHHen，氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，根据比结合能等于结合能与核子数的比值，则有该核反应中释放的核能E4E32E13E2。答案：HHHenE4E32E13E2
