1、第二节 原子结构 核能一、原子结构1电子的发现汤姆生在研究阴极射线时发现了_，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_穿过金箔后仍沿原来方向前进，_发生了较大的偏转，极个别粒子甚至_。3核式结构在原子的中心有一个很小的_，叫原子核，原子的_都集中在原子核里，带_在核外空间运动。二、氢原子光谱1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即光谱分析。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)。三、玻尔模型1玻尔的三条假设(1)能量量子化：原子只能处于一系列_状态
2、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，这些状态叫做_。对氢原子满足：EnE1，其中E113.6 eV(2)轨道量子化：原子的_跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动_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r10.531010 m。(3)级能跃迁：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_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：如图所示四、天然放射现象及三种放射线的比较1天然放射现象的发现1896年，_在铀矿石中发现未知的射线，把这些射线称
3、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_。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五、原子核的衰变及衰变规律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：nHe3半衰期(1)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，用表示。(2)公式：m(3)特点：半衰期由该元素的原子
4、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。六、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_的核子间发生作用。2核能_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，叫做原子核的_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，这就是质量亏损m。由质量亏损可求出释放的核能E_。七、重核的裂变与轻核的聚变1裂变重核分裂成质量较小的核的
5、反应。如：UnXeSr10n。2聚变轻核结合成质量较大的核的反应。如：HHHen。1下列对原子结构的认识中，错误的是( )A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C原子的全部正电荷都集中在原子核里D原子核的直径大约为1010 m2关于天然放射现象，下列说法正确的是( )A放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B放射性物质放出的射线中，粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变D放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线3(2012江苏淮安调研)一个铀核(U)放出一个粒
6、子后衰变成钍核(Th)，其衰变方程为_；已知静止的铀核、钍核和粒子的质量分别为m1、m2和m3，真空中的光速为c，上述衰变过程中释放出的核能为_。4易错辨析：请你判断下列表述正确与否，对不正确的，请予以更正。(1)衰变中的电子来源于原子核外电子。(2)核反应方程的质量数守恒，方程两边的质量也相等。(3)如某放射性元素的半衰期是5天，那么100个该元素的原子核经过10天还剩下25个。(4)电子绕核旋转的半径越大，动能越小，电势能越大，总能量越大。(5)目前核电站多数是采用核聚变反应发电。一、氢原子能级图及原子跃迁的理解自主探究1如图所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射出能量为2.5
7、5 eV的光子。问： (1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射出上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图。思考1：原子从低能级向高能级跃迁，吸收还是放出光子？光子的能量(h)满足什么条件？思考2：原子从高能级向低能级跃迁，吸收还是放出光子？光子的能量(h)满足什么条件？思考3：使氢原子电离的条件是什么？二、核反应的四种类型自主探究2现有5个核反应方程A.HHHenB.UnXSr2nC.NaMgeD.NaRnHeE.HeBeCn(1)_是发现中子的核反应方程，_是研究两弹的基本核反应方程式。(2)B项中X的质量数为_，中子数为_。(3)以上五个
8、核反应的反应类型是，A._；B._；C._；D._；E._。思考1：常见的基本粒子(质子、中子等)的符号如何书写？思考2：核反应方程遵循什么原则？思考3：写出核反应方程的四种基本类型。命题研究一、能级跃迁与光谱线问题【题例1】 (2012四川理综)如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )A从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长B从n5能级跃迁到n1能级比从n5能级跃迁到n4能级辐射出电磁波的速度大C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解题要点：规律总结1一个氢原子和一群氢原子的区别：一个氢原子只
9、有一个电子，在某个时刻电子只能在某一个可能的轨道上，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，可能情况有C种，C，但产生的跃迁只有一种。而如果是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况。2入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差。命题研究二、半衰期的理解与计算【题例2】 一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的是( )A经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀
10、B经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变C经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩D经过1个半衰期后该矿石的质量剩下解题要点：规律总结半衰期是大量原子核衰变的统计规律，与外界因素无关，用N0、m0分别表示衰变前的原子核数目和质量，N、m分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，为半衰期，t表示衰变过程所经历的时间，则N，m。命题研究三、质量亏损与核能的计算【题例3】 (2012浙江自选模块)一个静止的钚核Pu自发衰变成一个铀核U和另一个原子核X，并释放出一定的能量。其核衰变方程为：PuUX。(1)方程中的“X”核符号为_；(2)钚核的质量为239.052 2 u，铀核的质量为235
11、.043 9 u，X核的质量为4.002 6 u，已知1 u相当于931 MeV，则该衰变过程放出的能量是_MeV；(3)假设钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和X核的动能，则X核与铀核的动能之比是_。解题要点：规律总结求核能的方法：(1)先算出质量亏损m，然后利用Emc2进行计算。计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。(2)质量用原子质量单位，计算出质量亏损后，用Em931.5 MeV进行计算。计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(3)有时结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时要注意动量、动能关系式p22mEk的应用。1(2012山东潍坊一模)下列关于
12、原子和原子核的说法正确的是( )A射线是原子由激发态向低能级跃迁时产生的B居里夫妇最先发现了天然放射现象C原子核中的质子靠核力来抗衡相互之间的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起D结合能所对应的质量等于把原子核完全分解为核子后所有核子的总质量减去该原子核的质量2“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆。重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(Pu)，这种钚239可由铀239(U)经过n次衰变而产生，则n为( )A2 B239C145 D923(2012江苏淮阴三校联考)下列说法正确的是( )A电子的衍射现象说明实物粒子的波动性B235U的半衰期约为7
13、亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短C原子核内部某个质子转变为中子时，放出射线D氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小4氮核N俘获一个速度为2.3107 m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)，它的速度大小是8.0106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。(1)写出此核反应的方程式，求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；(2)此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.电子2绝大多数少数反向3核几乎全部质量和全部正电荷负电的电子三、1.(1)不连续定态(2
14、)定态轨道(3)辐射或吸收四、1.贝克勒尔具有复杂结构六、1.相邻2核子结合3mc2mc2基础自测1D解析：卢瑟福粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为1015 m、原子直径的数量级为1010 m，原子是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的。核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转，本题只有选项D错误。2D解析：本题是对天然放射现象基本概念的考查。半衰期的概念是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间，选项A错误；放射性物质放出的射线中，粒子的动能很大，
15、但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易损失能量，因此它贯穿物质的本领很小，选项B错误；放射性元素发生衰变是因为原子核不稳定所引起的，与核外电子的能量高低无关，选项C错误；放射性元素发生衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量，射线即为高能的光子流，选项D正确。3答案：UThHe(m1m2m3)c2解析：(1)电荷数和质量数守恒；(2)质量亏损为mm1m2m3，所以，释放的能量为Emc2(m1m2m3)c2。4答案：(1)错误。衰变的实质是中子衰变成质子，放出电子，来源于原子核内部，核反应方程为：nHe。(2)错误。核反应方程的质量数守恒，但方程两边的质量并不相等，核反应一般要释
16、放能量，反应后的核子的总质量小于反应前的总质量，称为质量亏损。(3)错误。半衰期是对大量原子核的统计规律，100个太少，不能用半衰期公式计算。(4)正确。(5)错误。现在的核电站利用核裂变释放的能量，不是聚变释放的能量，利用聚变释放的能量是现在努力的方向，虽有突破，但还不能大规模应用。核心理解深化【自主探究1】 答案：(1)12.75 eV(2)见解析图解析：(1)氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射光子的频率应满足hEnE22.55 eV；EnhE20.85 eV；所以n4基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供的能量为：EE4E112.75 eV。(2)辐射跃迁图如图所示。提示：1.原
17、子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE末E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸收。2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。3原子跃迁条件hEmEn只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。对于光子和氢原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量E13.6 eV，原子就能吸收。对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可。【自主探究2】 答案：(1)EAB(2)14086(3)聚变裂变衰变衰变原子核
18、的人工转变解析：(1)E是查德威克发现中子的核反应方程，A是氢弹、B是原子弹的核反应方程。(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X质量数为140，电荷数为54，所以中子数为：1405486。(3)衰变是原子核自发地放出粒子或粒子的反应，C是衰变，D是衰变，E是人工控制的原子核的变化，属人工转变，裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应，B是裂变，聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应，A是聚变。提示：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核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的
19、规律，这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。3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。(1)衰变：例：UThHeThPae(2)人工转变：例：NHeOH(卢瑟福发现质子)BeHeCn(查德威克发现中子)(3)重核裂变：例：UnXeSr10n(可人工控制，缓慢释放能量)UnBaKr3n(4)轻核聚变：例：HHHen(不能人工控制)考向探究突破【题例1】 A解析：由hEmEn，En，可得：从n4跃迁到n3比从n3跃迁到n2辐射出的电磁波的能量小，频率小，波长长，选项A正确；电磁波在真空中的速度都是一样的，选项B错误；电子轨道与能级对应处于不同能
20、级，核外电子在各处出现的概率是不一样的，选项C错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外释放能量，但不是氢原子核释放能量，选项D错误。【题例2】 C解析：经过2个半衰期后矿石中剩余的铀应该有，经过3个半衰期后矿石中剩余的铀还有。因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变。【题例3】 答案：(1)He(2)5.31(0.02都可)(3)58.7(0.1都可)解析：(1)由质量数及电荷数守恒可知XHe(2)该核反应损失质量m(239.052 2235.043 94.002 6)u0.005 7 u；释放能量E0.005 7931 MeV5.31 MeV(3)由动量守恒得mUv
21、UmXvX；Ek解方程组，得EkXEkUmUmX235458.7演练巩固提升1CD解析：射线是原子核由激发态向低能级跃迁时产生的，选项A错误；贝克勒尔最先发现了天然放射现象，选项B错误；原子核中的质子靠核力来抗衡相互之间的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起，选项C正确；由结合能的定义可知，选项D正确。2A解析：经过1次衰变核电荷数增加1，n2，选项A正确。3AD解析：电子的衍射现象说明实物粒子的波动性，选项A正确；235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期不变，选项B错误；原子核内部某个中子转变为质子时，放出射线，选项C错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，由km知，电子的动能增加，则电势能一定减小，选项D正确。4答案：(1)14 7NnBHe8.2105 m/s方向与反应前中子的速度方向相反。(2)见解析解析：(1)用m1、m2和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和新核的质量，由动量守恒定律得m1v1m2v2m3v3代入数值，得v38.2105 m/s即反应后生成的新核的速度大小为8.2105 m/s，方向与反应前中子的速度方向相反。(2)反应前的总动能E1m1v反应后的总动能E2m2vm3v经计算知E1E2，故可知反应中发生了质量亏损。高考资源网版权所有！投稿可联系QQ：1084591801
