1、第2课时原子结构与原子核必备知识(一)原子的核式结构1粒子散射实验在粒子散射实验中，电子对粒子运动的影响可以忽略。这是因为与粒子相比，电子的()A电量太小B速度太小C体积太小D质量太小解析：选D在粒子散射实验中，由于电子的质量太小，电子的质量只有粒子的，它对粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。故D正确，A、B、C错误。2粒子散射实验现象如图是卢瑟福的粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B该实
2、验证实了汤姆孙原子模型的正确性C粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D绝大多数的粒子发生大角度偏转解析：选A卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，选项B错误；电子质量太小，对粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，选项D错误。3粒子散射实验分析(2021南昌一模)在粒子散射实验中，粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数粒子发生了大角度偏转，甚至被反向弹回。假定一个速度为v的高速粒子(24He)与金原子核(Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认
3、为是静止的)，则()A粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小B粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的C粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部D当它们的距离最小时，粒子与金原子核的动量大小之比为4197解析：选D粒子在靠近金原子核的过程中，库仑力做负功，电势能逐渐增加，选项A错误；粒子散射实验是原子的核式结构理论的基础，并不能说明原子核是由质子和中子组成的，选项B错误；粒子散射实验说明带正电的物质分布在原子内部很小的区域内，即原子的内部有一个很小的原子核，选项C错误；粒子在靠近金原子核的过程中，系统动量守恒，当它们的距离最小时，两者的速度相等，则粒子与金原子核的动量大小之比等于质量
4、之比，即为4197，选项D正确。系统归纳1粒子散射实验(1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被“撞了回来”。2原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。必备知识(二)能级跃迁1能级跃迁与光子能量值(2019全国卷)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A12.09 eVB1
5、0.20 eVC1.89 eV D1.51 eV系统归纳定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n小)高能级(n大)吸收能量，hEn大En小(2)从高能级(n大)低能级(n小)放出能量，hEn大En小2谱线条数的确定(多选)氢原子各个能级的能量如图所示，氢原子由n1能级跃迁到n4能级，在它回到n1能级过程中，下列说法中正确的是()A可能激发出频率不同的光子只有6种B可能激发出频率不同的光子只有3种C可能激发出的光子的最大能量为12.75 eVD可能激发出的光子的最大能量为0.66 eV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
6、数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解：NCn2。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。3受激跃迁与电离氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为E154.4 eV，氦离子的能级示意图如图所示。在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A42.8 eV(光子)B43.2 eV(电子)C41.0 eV(电子) D54.4 eV(光子)1.受激跃迁：低能级高能级，吸收能量。(1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差，hE。(2)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。2电离
7、：由基态或低能级电离态(1)基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV电离能。(2)n2电离态：E吸0E23.4 eV(3)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。精解详析1选A可见光光子能量范围为1.63 eV3.10 eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20 eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89 eV，此值属于可见光光子的能量范围，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为1.51 eV(13.60 eV)12.09 eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。2选AC氢原子由n4能
8、级跃迁到n1能级，可能发出的谱线条数为C42，即6种频率或能量不同的光子，A正确，B错误；能激发出的光子的最大能量为从n4能级跃迁到n1能级所对应的，为(0.85 eV)(13.6 eV)12.75 eV，C正确，D错误。3选A入射光子使原子跃迁时，其能量应正好等于原子的两能级间的能量差，而电子使原子跃迁时，其能量大于等于原子两能级间的能量差即可，发生电离而使原子跃迁时入射光子的能量要大于等于54.4 eV，故选A。必备知识(三)原子核的衰变1. 三种射线的性质和特点如图所示，某放射性元素衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强磁场和匀强电场中，关于三种射线，下列说法正确的是()A表示射线，其
9、速度最慢、电离能力最弱B表示射线，其穿透能力和电离能力都很强C表示射线，是原子核内释放出的高频电磁波D表示射线，是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板系统归纳三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离作用穿透能力射线氦核He2e4 u最强最弱射线电子ee u较强较强射线光子00最弱最强2原子核的衰变(2020山东等级考)氚核H发生衰变成为氦核He。假设含氚材料中H发生衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104 s时间内形成的平均电流为5.0108A。已知电子电荷量为1.61019 C，在这段时间内发生衰变的氚核H的个数为()A5.01014B1.01016C2.01016 D1.0101
10、81.衰变、衰变的比较3半衰期的理解及应用(多选)钍 90234Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤 91234Pa，同时伴随有射线产生，其方程为 90234Th 91234PaX，钍的半衰期为24天。下列说法正确的是()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 90234Th经过120天后还剩0.312 5 g对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言。(2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余N原，m余m原。式中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
11、放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期。精解详析1选C射线是高速粒子流，粒子带正电，射线为高速电子流，带负电，射线为高频电磁波，根据电荷所受电场力特点及左手定则可知：为射线，为射线，为射线。射线的速度最小但电离能力最强，射线是由原子核内释放出的高频电磁波，其穿透能力很强，但电离能力很弱，故选项C正确，A、B、D均错误。2选B由题意根据qIt，neq，联立解得n1.01016，由13H10e23He可知，一个氚核13H发生一次衰变产生一个电子，这段时间内，发生衰变的氚核13H的个数为1.01016，选项B正确。3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
12、子，故A错误；发生衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，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 90234Th经过120天即经过5个半衰期后还剩0.031 25 g，故D错误。必备知识(四)核反应与核能的计算1核反应生成物的确定(1)(2021年1月新高考8省联考辽宁卷)中科院近代物理研究所利用兰州重离子加速器(HIRFL)，通过“熔合蒸发”反应合成超重核Ds并辐射出中子。下列可能合成该超重核的原子核组合是()A.Ni、Pb B.Ni、BiC.Ni、Pb D.Ni、Bi(2)(2018天津高考)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017
13、年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.N俘获一个粒子，产生O并放出一个粒子B.Al俘获一个粒子，产生P并放出一个粒子C.B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子2核反应方程的书写(2021年1月新高考8省联考湖南卷)2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置中国环流器二号M装置(HL2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电，下列方程中，正确的核聚变反应方程是()A.HHHenB.UThHeC.UnBaKr3nD.HeAlP2n 系统归纳1.核反应的四种类型2.
14、核反应方程的书写(1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。(2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义。(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、粒子等。3核能的计算(2021年1月新高考8省联考湖北卷)用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919 MeV的粒子(He)，其核反应方程式为：HLiHeHe。已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，粒子的质量为4.002 603 u,1 u相当于931 MeV。若核反应释放的能量全部转化为粒子的动能，则入射质子的动能约为()A0.5 MeVB8.4 MeVC8.9 M
15、eV D17.3 MeV核能的计算方法(1)应用质能方程解题的流程图根据Emc2计算时，m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。根据Em931.5 MeV计算时，m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(2)根据核子比结合能计算核能：原子核的结合能核子比结合能核子数。精解详析1(1)选A根据电荷数守恒和质量数守恒有Z1Z2110，A1A2271n(n1,2,3，)，将选项代入检验只有A正确。(2)选B根据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：NHeOH，故A错误。AlHePn，故B正确。BHBeHe，故C错误。LiHHeHe，故D错误。2选A核聚变反应是两轻核反应变
16、成质量较大的核。HHHen，是轻核聚变，故A正确；UThHe，此核反应属于衰变，故B错误；UnBaKr3n，此反应属于重核裂变，故C错误；HeAlP2n，此反应质量数不守恒，是错误的核反应方程，故D错误。3选A该反应放出能量E(1.007 825 u7.016 004 u24.002 603 u)931 MeV/u17.34 MeV，入射质子的动能EkH2EkE0.5 MeV，故A正确。必备知识(五)两类核衰变在磁场中的径迹静止的原子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r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：
17、衰变ZAXZ2A4Y24He匀强磁场中轨迹两圆外切，粒子半径大衰变ZAXZ1AY10e匀强磁场中轨迹两圆内切，粒子半径大集训冲关1.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解析：选D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qvB，得轨道半径r，故电子的轨迹半径较大，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
18、方向垂直纸面向里。选项D正确。2.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，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。则(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。粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvBm，则，又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1m2v2，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由以上两例解答过程可知，当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变时，大圆轨道一定是释放出的带电粒子(粒子或粒子)的，小圆轨道一定是反冲核的。衰变时两圆外切，衰变时两圆内切。如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针。