1、第二节原子和原子核1.电子的发现汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的枣糕模型.2.粒子散射实验粒子散射实验是用粒子轰击金箔，结果是绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，极个别粒子甚至反向.3.核式结构在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的几乎全部质量和全部正电荷都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动.1.（多选）如图所示为卢瑟福和他的同事们做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（）A.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
2、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：ABD1.光谱分析利用元素的特征谱线（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巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式R（n3，4，5，R是里德伯常量，R1.10107 m1）.3.玻尔模型（1）玻尔的三条假设.能量量子化：原子只能处于一系列不连续状态中，在这些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，这些状态叫作定态.对氢原子满足：EnE1，其
3、中E113.6 eV.轨道量子化：原子的定态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动轨道相对应.原子的定态是不连续的，因此电子运动的可能轨道的分布也是不连续的.对氢原子满足：rnn2r1，其中r10.531010m.能级跃迁：原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种定态（设能量为E1）时，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量差决定，即hE2E1.（2）氢原子能级图：如图所示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：B1.天然放射现象（1）天然放射现象的发现.1896年，贝克勒尔
4、在铀矿石中发现未知的射线，把这些射线称为射线、射线、射线，这就是天然放射现象的发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂结构.（2）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带电荷量2ee0质量4mp静止质量为零在电磁场中偏转与射线反向偏转不偏转穿透本领电离作用（3）三种射线在匀强磁场、匀强电场中偏转情况比较.2.衰变（1）衰变.原子核由于自发地放出某种粒子而转化为新核的变化.（2）衰变规律.（1）衰变：XYHe，实质：2H2nHe.（2）衰变：XYe，实质：nHe.（3）半衰期.定义：放射性元素衰变有一定的速率，我们把放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期，
5、用表示.公式：mm0.特点：半衰期由该元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质、化合物等）无关.另外，半衰期仅是对大量原子核的统计规律.比如研究200个铀的原子核经过一个半衰期后还剩多少个铀的原子核是没有意义的.3.核能（1）核力.核子间的作用力.核力是短程强力，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释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，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Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小，这就是质量亏损m.由质量亏损可
6、求出释放的核能Emc2.（4）重核的裂变与轻核的聚变.裂变.重核分裂成质量较小的核的反应.如：Un54XeSr10n聚变.轻核结合成质量较大的核的反应.如：HHHen3.已知真空中的光速c3.0108 m/s，下列说法正确的是（）A.铋210的半衰期是5天，经过10天，32个铋210衰变后还剩下8个B.用中子轰击铀核的核反应方程为UnBaKr3n，属于原子核的衰变C.若核反应nHH释放出2.2 MeV能量，该过程质量亏损为3.91030 kgD.某原子核X吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个粒子，则A7，Z2答案：C物质是由分子或原子构成的，原子是构成物质最小微粒；原子又是由原子核和核
7、外电子构成，核外电子绕核高速旋转；原子核由质子和中子构成，统称核子，存在核力，具有核能，核能很大！考点一 氢原子的能级及原子跃迁1.能级图中相关因素的说明因素 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，”表示量子数横线右端的数字“13.6，3.40，”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：由高能级跃迁到低能级，释放能量，发出光子.光子的频率.（2）受激跃迁：由低能级跃迁到高能级，吸收能量.光照（吸收光子）：光子的
8、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.电离电离态：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0E23.40 eV；如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子携带动能.（2019北京东城区一模）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
9、能量是特定值思维点拨（1）如何求出辐射光谱的条数？（2）如何判断跃迁时能量变化（3）电离的意义？解析：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 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，此能量差为特定值，选项D正确.答案：D解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意1.能级之间发生跃迁时放出（吸收）
10、光子的频率由hEmEn求得.若求波长可由公式c求得.2.一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n1）.3.一群氢原子跃迁发出可能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：NC.（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 原子核的衰变、半衰期1.衰变、衰变的比较项目衰变衰变衰变方程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.半衰期（1）半衰期的计算：根据半衰期的概念，可总结出公式.N余N原，m余m原.式中
11、N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期.（2）半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大.（3）适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变.（2017全国卷）一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为92U90ThHe.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
12、所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：静止的原子核在衰变前后动量守恒，由动量守恒定律得0m1v1m2v2，可知m1v1m2v2，故衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小，选项B正确；动能Ek，由于钍核的质量（m1）大于粒子的质量（m2），故动能不等，选项A错误；铀核的半衰期是指大量的铀核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个粒子所经历的时间，选项C错误；原子核衰变前后质量数守恒，衰变时放出核能，质量亏损，选项D错误.答案：B衰变次数的确定方法方法一：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，变成稳定的新元素Y，由表示该核反应的方
13、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.方法二：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.考点三 核反应类型与核反应方程1.核反应方程的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发UThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH（卢瑟福发现质子）HeBeCn（查德威克发现中子）人工转变人工控制AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSie重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n
14、轻核聚变很难控制HHHen2.核反应方程的写法（1）熟记常见粒子的符号，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）核反应过程一般都不是可逆的，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.（3）核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据质量数守恒、电荷数守恒凭空杜撰出生成物来写核反应方程.（2017天津卷）我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是（）A.HHHenB.7NHe8OHC.HeAlPnD.92Un56BaKr3n解析
15、：A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，B项是用粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，C项属于原子核的人工转变，D项属于重核的裂变，因此只有A项符合要求.答案：A1.核反应方程的书写方法.（1）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，所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律.（2）熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程.2.核能释放的两种途径的理解.（1）使较重的核分裂成中等大小的核.（2）使较小的核结合成中等大小的核.两种途径都可以使核子的比结合能增加，都可以释放能量.中等大小的原子核的比结合能
16、最大，这些核最稳定.考点四 核力与核能1.核能产生的两种方式（1）重核裂变：重核俘获一个中子后分裂为两个中等质量的核，同时释放出几个中子，并伴随释放巨大的能量.（2）轻核聚变：某些轻核在一定条件下结合成质量较大的核，同时释放大量的能量，这个条件是几百万度以上的高温.所以轻核聚变也称为热核反应.2.应用质能方程解题的流程图（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.核能的计算根据比结合能来计算核能：原子核的结合能比结合能核子数.静止的镭核Ra发生衰变，放出一个粒子变为氡核R
17、n，已知镭核的质量为224.024 8 u，氡核的质量为220.016 2 u，粒子的质量为4.002 6 u.（1 u931.5 MeV的能量）（1）写出核反应方程；（2）镭核衰变放出多少MeV的能量（结果保留两位有效数字）？（3）若衰变放出的能量全部转变为氡核和粒子的动能，沿用第二问的结果，求出氡核的动能为多少MeV（结果保留一位有效数字）？思维点拨（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程；（2）由题算出质点亏损，再根据爱因斯坦质能方程求出释放的核能；（3）根据动量守恒定律与能量守恒定律写出相应的方程，即可求出氡核的动能.解析：（1）核反应方程为RaRnHe.（2）镭核衰变过程中质量
18、亏损为m224.024 8 u220.016 2 u4.002 6 u0.006 u，放出的能量为Emc20.006931.5 MeV5.589 MeV5.6 MeV.（3）衰变过程中动量守恒，放出的能量全部转化为粒子和氡核的动能.选择粒子运动的方向为正方向，根据动量守恒定律和能量守恒定律分别得：mv1mRnv20，mvmRnvE，可得，氡核的动能为mRnvE0.1 MeV.答案：（1）核反应方程为RaRnHe（2）镭核衰变放出5.6 MeV的能量（3）氡核的动能为0.1 MeV核能求解的思路方法1.应用质能方程解题的流程图.2.在用粒子轰击原子核或原子核自发地分裂过程中，动量保持守恒.（1）
19、在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示.（2）核反应中我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.1.（多选）如图为氢原子能级图，现有一群处于n3激发态的氢原子，则这些原子（）A.发出的光子最小能量是0.66 eVB.发出的光子最大能量是12.75 eVC.能发出3种不同频率的光子D.由n3跃迁到n1时发出的光子频率最高答案：CD2.（多选）根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型.如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景，图中实线表示粒子运动轨迹.其中一个粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中，粒子在b点时距原子核最近.下列说法正确的是（）A.卢瑟福在粒子散射实验中发现了电子
20、B.粒子出现较大角偏转的原因是粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大C.粒子出现较大角偏转的过程中电势能先变小后变大D.粒子出现较大角偏转的过程中加速度先变大后变小答案：BD3.放射性元素氡（86Rn）经衰变成为钋（ 84Po），半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素86Rn的矿石，其原因是（）A.目前地壳中的86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B.在地球形成的初期，地壳中元素86Rn的含量足够高C.当衰变产物84Po积累到一定量以后，84Po的增加会减慢Rn的衰变进程D.86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案：A4
21、.一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次衰变后变为钍核，粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动.某同学作出如图所示运动径迹示意图，以下判断正确的是（）A.1是粒子的径迹，2是钍核的径迹B.1是钍核的径迹，2是粒子的径迹C.3是粒子的径迹，4是钍核的径迹D.3是钍核的径迹，4是粒子的径迹解析：由动量守恒可知，静止的铀核发生衰变后，生成的均带正电的粒子和钍核的动量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R，在p和B大小相等的情况下，R，因q钍q，则R钍R，故B正确.答案：B5.在很多装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是（）A.射线、射线和射线都是
22、电磁波B.在、三种射线中，射线的电离能力最强C.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后一定只剩下1个氡原子核D.放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的答案：D6.（2019山西重点中学联考）四个核反应方程分别为：UnSrXe10n；UThHe；LinHeH4.9 MeV；HHHen17.6 MeV.下列说法正确的是（）A.都是重核铀的同位素的核反应，故都是重核的裂变反应B.反应前都有一个中子，故都是原子核的人工转变C.生成物中都有氦核，故都是衰变反应D.比放出的能量少，说明比质量亏损得少解析：是重核的裂变反应，是衰变反应，选项A错误；是原子核的人工转变，是
23、轻核的聚变反应，选项B、C错误；比放出的能量少，根据爱因斯坦质能方程可知，比质量亏损得少，故选项D正确.答案：D7.（2019青海西宁四校联考）如图所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋（Po）衰变放出的粒子轰击铍（Be），产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来.下列说法正确的是（）A.粒子是氦原子B.粒子Q的穿透能力比粒子P的强C.钋的衰变方程为PoPbHeD.粒子轰击铍的核反应方程为HeBeCn解析：粒子是氦原子核，选项A错误；粒子P是中子，粒子Q是质子，由于质子带正电，当质子射入物质时，受到的库仑力作用会阻碍质子的运动，而中子不带电，不受库仑力作用，所以选项B错误；在钋衰变中，根据质量数
24、和电荷数守恒知产生的是Pb，并非Pb，选项C错误；HeBeCn是查德威克发现中子的核反应方程，选项D正确.答案：D8.（多选）一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*.下列说法正确的是（）A.核反应方程为PAlSi*B.核反应过程中系统动量守恒C.核反应过程中系统能量不守恒D.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解析：根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为PAlSi*，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，伴随着质量亏损
25、，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误.答案：AB9.（多选）（2017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（）A.He核的结合能约为14 MeVB.He核比Li核更稳定C.两个H核结合成He核时释放能量D.92U核中核子的平均结合能比Kr核中的大解析：由题图可知，He的比结合能为7 MeV，因此它的结合能为7 MeV428 MeV，A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He时，会释放能量，C项正确；由题图可知，U的比结合能（即平均结合能）比Kr的小，D项错误.答案：
26、BC10.下列说法正确的是（）A.用能量等于氘核结合能的光子照射静止的氘核，可使氘核分解为一个质子和一个中子B.质子和中子结合成原子核时不一定有质量亏损，但一定释放出能量C.原子核的结合能越大，原子核越稳定D.重核裂变前后质量数守恒，但质量一定减小解析：质子和中子结合成氘核前，需要有很大的动能，才能使它们的距离达到能够结合的程度，所以要使静止的氘核分解为质子和中子，除了要给它补充由于质量亏损释放的能量外，还需要给它们分离时所需的动能，选项A错误；质子和中子结合成原子核时一定有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程知，有能量放出，选项B错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误；重核裂变过程中
27、遵循质量数和电荷数守恒，但裂变过程会释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知，一定有质量亏损，选项D正确.答案：D11.（2017北京卷）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变.放射出的粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示粒子的质量和电荷量.（1）放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程.（2）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小.（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损m.解析：（1）XYHe.（2）设粒子的速度大小为v，由qvBm，T，得粒子在磁场中运动周期T，环形电流大小I.（3）由qvBm，得v，设衰变后新核Y的速度大小为v，系统动量守恒，得Mvmv0，解得v，由mc2Mv2mv2，得m.说明：若利用Mm解答，亦可.答案：（1）XYHe（2）（3）
