1、高频考点分类突破 基础知识自主梳理 目 录 ONTENTSC学科素养提升 4 课时作业 第2讲 原子结构与原子核 章末检测卷 5 第十二章 原子与原子核 一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家发现了电子(2)粒子散射实验：19091911 年，英国物理学家和他的助手进行了用 粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿方向前进，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”了回来汤姆孙卢瑟福原来(3)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
2、外空间绕核旋转2光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的(频率)和强度分布的记录，即光谱(2)光谱分类有些光谱是一条条的，这样的光谱叫作线状谱有的光谱是连在一起的，这样的光谱叫作连续谱正电荷 质量波长亮线光带(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1R(122 1n2)(n3,4,5，)，R 是里德伯常量，R1.10107 m1，n 为量子数3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不连续稳定(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
3、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的，因此电子的可能轨道也是的EmEn不连续不连续4氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：En 1n2E1(n1,2,3，)，其中 E1为基态能量，其数值为E113.6 eV.氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中 r1 为基态半径，又称玻尔半径，其数值为 r10.531010m.二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1原子核的组成原子核
4、是由和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的2天然放射现象(1)天然放射现象元素地放出射线的现象，首先由贝克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质子质子数自发原子核放射性放射性(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应用：消除静电、工业探伤、作等防护：防止放射性对人体组织的伤害 射线 射线 射线天然人工示踪原子3原子核的衰变(1)衰变：原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种的变化称为的衰变(2
5、)分类 衰变：ZAXZ2A4Y.衰变：ZAXZ1 AY.两个典型的衰变方程 衰变：92238U 90234Th24He；衰变：90234Th 91234Pa1 0e；原子核原子核24He10e(3)半衰期：大量放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的、无关三、核力、结合能、质量亏损1核力(1)定义原子核内部，核子间所特有的相互作用力半数物理化学状态(2)特点核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在 1.51015 m 之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用2结合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释放
6、吸收3比结合能(1)定义原子核的结合能与之比，称作比结合能，也叫平均结合能(2)特点不同原子核的比结合能不同，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4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.核子数稳定mc2mc2四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 核反应方程1重核裂变(1)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(2)典型的裂变反应方程：92235U01n3689Kr 56144Ba301n.(3)链式反应：由重核裂变产生的使裂变反应一代接一代
7、继续下去的过程中子(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生的最小体积及其相应的质量(5)裂变的应用：、核反应堆(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、防护层2轻核聚变(1)定义：两轻核结合成的核的反应过程轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫(2)典型的聚变反应方程：12H13H24He01n17.6 MeV链式反应原子弹镉棒质量较大热核反应判一判 记一记易错易混 判一判(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小()(2)核式结构学说是卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出的()(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱()(5)按照玻尔理论，
8、核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上()(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的()(7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的()(8)如果某放射性元素的原子核共有 100 个，经过一个半衰期后还剩 50 个()(9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量()(10)三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是 射线、射线、射线()规律结论 记一记(1)光照引起的跃迁，光子能量必须等于能级差；碰撞引起的跃迁，只需要实物粒子的动能大于(或等于)能级差(2)大量处于定态的氢原子向基态跃迁时可能产生的光谱线条数：Cn2nn12.(3)辐射是一种能
9、量形式的辐射，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(4)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(5)两个结论：原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒每发生一次 衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次 衰变，原子核的质子数增大“1”考点一 对玻尔理论的理解自主学习型1几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值(2)基态：原子能量最低的状态(3)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(4)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2能级图的意义(1)能级图
10、中的横线表示氢原子可能的能量状态定态(2)横线左端的数字“1,2,3，”表示量子数，右端的数字“13.6，3.4，”表示氢原子的能级(3)相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小3定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n 小)跃迁 高能级(n 大)吸收能量hEn 大En 小(2)从高能级(n 大)跃迁 低能级(n 小)放出能量hEn 大En 小4电离电离态：n，E0基态电离态：E 吸0(13.6 eV)13.6 eV.n2电离态：E 吸0E23.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有一定的动能1玻尔理论(2019湖南长沙模拟)以下关于玻尔
11、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氢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；氢原子在不同的轨道上的能级 En 1n2E1，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；氢原子辐射的光子的能量 EEnEm1n2E1 1m2E1h，不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只
12、有某些频率的光可以被氢原子吸收，故 D 正确D2能级跃迁(2019北京东城区模拟)如图是氢原子的能级图一个氢原子从 n4 的能级向低能级跃迁，则以下判断正确的是()A该氢原子最多可辐射出 6 种不同频率的光子B该氢原子跃迁到基态时需要吸收 12.75 eV 的能量C该氢原子只有吸收 0.85 eV 的光子时才能电离D该氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量是特定值本题研究的是单个氢原子，单个处于 n 能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出 n1 条不同频率的光子，故该氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3 种不同频率的光子，选项 A 错误；该氢原子跃迁到基态时需要释放0.85 eV(13.6
13、eV)12.75 eV 的能量，选项 B 错误；只要吸收的光子的能量大于 0.85 eV，该氢原子就能电离，选项 C 错误；氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量等于两能级的能量差，此能量差为一特定值，选项 D正确D3跃迁的能量问题 已知氢原子处于基态时的能量为 E1(E10)，氢原子处于 n能级时能量为 EnE1n2.现有一个处于 n3 能级的氢原子向低能级跃迁，发出两个不同频率的光子，其中频率较小的光子照射某种金属恰好能使该金属发生光电效应，已知普朗克常量为 h.则下列说法正确的是()A频率较大的光子能量为89E1B被照金属发生光电效应的截止频率为5E136hC该氢原子向低能级跃迁过程
14、中减少的电势能等于电子增加的动能D若用其中频率较大的光子照射该金属，则产生的光电子的最大初动能可能为Ek1118E1E2E122E14，E3E132E19，频率较大的光子的能量为 hE2E13E14，选项 A 错误；频率较小的光子照射恰好发生光电效应，可知该金属的逸出功 W0hcE3E25E136，解得截止频率 c5E136h，选项 B 错误；氢原子向低能级跃迁过程中减少的电势能等于电子增加的动能与辐射的光子的能量之和，选项 C 错误；根据光电效应方程 hW0Ek，解得 Ek1118E1，选项 D 正确D规律总结解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项1能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率
15、由 hEmEn 求得若求波长可由公式 c 求得2一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n1)3一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数的两种求解方法(1)用数学中的组合知识求解：NCn2nn12.(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，然后相加考点二 原子核和原子核的衰变 自主学习型衰变类型 衰变 衰变衰变方程ZAXZ2A4Y24HeZAXZ1 AY10e2 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个电子衰变实质211H201n24He01n11H10e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒1 衰变、衰变的比较2.半衰期公式及衰
16、变次数的计算(1)半衰期公式N 余N 原(12)t，m 余m 原(12)t.(2)确定、衰变次数的方法书写核反应方程：设放射性元素 ZAX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后，变成稳定的新元素 ZAY.反应方程为 ZAXZAYn24Hem10e.利用电荷数和质量数守恒列式：AA4n，ZZ2nm，两式联立解得：nAA4，mAA2ZZ.1天然放射性的理解(多选)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原子序数大于 83 的元素才可以发生衰变，原子序数小于 8
17、3 的元素有的可以发生衰变，有的不可以发生衰变，A 错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关，B、C 正确；三种射线、穿透能力依次增强，D 正确BCD2衰变方程的书写(2016高考江苏卷)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()A 614C 714N10eB 92235U01n 53139I3995Y201nC12H13H24He01nD24He1327Al1530P01nA 属于 衰变，B 属于裂变，C 是聚变，D 是原子核的人工转变，故选项 A正确A3衰变次数的计算 92235U 经过 m 次 衰变和
18、 n 次 衰变，变成 82207Pb，则()Am7，n3 Bm7，n4Cm14，n9 Dm14，n18根据题意知核反应方程为 92235U 82207Pbm24Hen10e，根据电荷数守恒和质量数守恒可得 2352074m,92822mn.联立解得 m7，n4，B 正确B4半衰期的理解与计算(多选)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B12C、13
19、C、14C 具有相同的中子数C14C 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 的衰变古木样品中 14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约 5 700 年，选项 A 正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项 B 错误；14C 的衰变方程为 614C 714N1 0e，所以此衰变过程放出 射线，选项 C 正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项 D 错误AC考点三 核反应及核能 师生互动型 1核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例 衰变自发92238U 90234Th2
20、4He衰变 衰变自发90234Th 91234Pa10e类型可控性核反应方程典例714N24He 817O11H(卢瑟福发现质子)24He49Be 612C01n(查德威克发现中子)1327Al24He1530P01n人工转变人工控制1530P1430Si10e(约里奥居里夫妇发现人工放射性)92235U01n 56144Ba3689Kr301n重核裂变比较容易 进行人工控制92235U01n 54136Xe3890Sr1001n轻核聚变很难控制12H13H24He01n2.对质能方程的理解(1)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.方程的含义：物体具有的能
21、量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少(2)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.(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 Emc2.3核能的计算方法(1)根据 Emc2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(2017高考全国卷)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电
22、氘核聚变反应方程是：12H12H23He01n.已知 12H 的质量为2.013 6 u,23He 的质量为 3.015 0 u,01n 的质量为 1.008 7 u,1 u931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A3.7 MeV B3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV解析 在核反应方程 12H12H23He01n 中，反应前物质的质量 m122.013 6 u4.027 2 u，反应后物质的质量 m23.015 0 u1.008 7 u4.023 7 u，质量亏损 mm1m20.003 5 u则氘核聚变释放的核能为 E9310.003 5 MeV3.3 MeV，选
23、项 B 正确答案 B1核反应方程(2016高考全国卷)在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A 614C 714N1 0eB1532P1632S1 0eC 92238U 90234Th24HeD 714N24He 817O11HE 92235U01n 54140Xe3894Sr201nF13H12H24He01n 衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出 粒子的现象，选项 C为 衰变；衰变为衰变过程中释放出 粒子的现象，选项 A、B 均为 衰变；重核裂变是质量较大的核在中子轰击下裂变成两个或三个质量较小的核并放出多于一个
24、的中子的过程，选项 E 是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项 F 是典型的核聚变过程C AB E F2比结合能曲线的理解(多选)(2017高考江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示根据该曲线，下列判断正确的有()A24He 核的结合能约为 14 MeVB24He 核比 36Li 核更稳定C两个 12H 核结合成 24He 核时释放能量D 92235U 核中核子的平均结合能比 3689Kr 核中的大24He 核有 4 个核子，结合比结合能图象可知 24He 核的结合能约为 28 MeV，选项 A 错误；24He 核比 36Li 核的比结合能大，故 24He 核比 36
25、Li 核稳定，选项 B 正确；两个 12H 核结合成 24He 核时比结合能增大，释放能量，选项 C正确；92235U 核中核子的平均结合能比 3689Kr 核中的小，选项 D 错误BC3核能的计算(2019广西南宁高三质检)某核反应方程为12H13H24HeX.已知 12H 的质量为 2.013 6 u,13H 的质量为 3.018 0 u,24He 的质量为 4.002 6 u，X 的质量为 1.008 7 u，则下列说法中正确的是()AX 是质子，该反应释放能量为 8.91 MeVBX 是中子，该反应释放能量为 18.91 MeVCX 是质子，该反应吸收能量为 8.91 MeVDX 是中
26、子，该反应吸收能量为 18.91 MeV根据核反应过程质量数、电荷数守恒，知 X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量 m12.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u，反应后产物总质量 m24.002 6 u1.008 7 u5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，产生的质量亏损是 m5.031 6 u5.011 3 u0.020 3 u，则 E0.020 3931.5 MeV18.91 MeV，故选项 B正确B4核反应中的动量和能量问题 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，
27、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(86222Rn)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.(保留三位有效数字)(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？解析：(1)衰变方程为：86222Rn 84218Po24He.(2)忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律，0ppPo，即新核钋(Po)的动量与 粒子的动量大小相等，又 Ek p22m，解得新核钋(Po)的动能为 EPo 4218E，
28、由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、粒子动能形式出现，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 m0.006 16 u.答案：(1)86222Rn 84218Po24He(2)0.006 16 u两类核衰变在磁场中的径迹静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，衰变时两圆外切，衰变时两圆内切，根据动量守恒 m1v1m2v2 和 rmvqB知，半径小的为新核，半径大的为 粒子或 粒子，其特点对比如下表：衰变ZAXZ2A4Y24He匀强磁场中轨迹两圆外切，粒子半径大 衰变ZAX Z1 AY10e匀强磁场中轨迹两圆内切，粒子半径大典例展示 一个静止的放射性同位
29、素的原子核 1530P 衰变为 1430Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核 90234Th 衰变为 91234Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹 1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是()A电子、91234Pa、1430Si、正电子B 91234Pa、电子、正电子、1430SiC1430Si、正电子、电子、91234PaD正电子、1430Si、91234Pa、电子解析 1530P1430Si10e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由RmvqB知，电荷量大的半径小，故 3 是正电子，4 是 1430Si.90234Th 91234Pa10e(电子)，产生的两
30、个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由 RmvqB知，电荷量大的半径小，故 1 是 91234Pa,2 是电子，故 B 项正确答案 B1实验观察到，静止在匀强磁场中 A 点的原子核发生 衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，则()A轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹 2 是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里根据动量守恒定律，原子核发生 衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为 p.根据 qvBmv2r，得轨道半径 rmvqB pqB，故电子的轨迹半径较大，
31、即轨迹 1 是电子的，轨迹 2 是新核的根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里，选项 D 正确D2在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图 a、b 所示，由图可以判定()A该核发生的是 衰变B该核发生的是 衰变C磁场方向一定垂直纸面向里D磁场方向一定垂直纸面向外原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为 衰变；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可能故 B 正确B3在匀强磁场中，一个原来静止的原子
32、核，由于放出一个 粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示)，今测得两个相切圆半径之比 r1r2144.(1)图中哪一个圆是 粒子的径迹？(说明理由)(2)这个原子核原来所含的质子数是多少？解析：(1)因为动量守恒，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道 2 是 粒子的径迹，圆轨道 1 是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反(2)设衰变后新生核的电荷量为 q1，粒子的电荷量为 q22e，它们的质量分别为m1 和 m2，衰变后的速度分别为 v1 和 v2，所以原来原子核的电荷量 qq1q2.根据轨道半径公式有r1r2m1v1Bq1m2v2Bq2m1v1q2m2v2q1，又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1m2v2，以上三式联立解得 q90e.即这个原子核原来所含的质子数为 90.答案：(1)圆轨道 2 是 粒子的径迹，理由见解析(2)90课时作业 点击进入word.章末检测卷 点击进入word.