1、第2讲原子结构原子核目标要求1.知道原子的核式结构，了解氢原子光谱，掌握玻尔理论及能级跃迁规律.2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程考点一原子结构和氢原子光谱1原子结构(1)电子的发现：英国物理学家JJ汤姆孙发现了电子(2)粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福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原来方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞”了回来(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个
2、很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转2氢原子光谱(1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱(2)光谱分类：线状谱是一条条的亮线连续谱是连在一起的光带(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子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，n为量子数，此公式称为巴耳末公式氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式1在粒子散射实验中，少数粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞()2原子中绝大部分是空的，原子核很小(
3、)3核式结构模型是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的()4发射光谱可能是连续谱，也可能是线状谱()例1关于粒子散射实验，下述说法中正确的是()A在实验中观察到的现象是绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90，有的甚至被弹回接近180B使粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当粒子接近核时是核的排斥力使粒子发生明显偏转，当粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型D实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量答案A解析在实验中观察到的现象是绝大多数
4、粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90，有的甚至被弹回接近180，所以A正确；使粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核，当粒子接近核时，核的排斥力使粒子发生明显偏转，电子对粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误考点二玻尔理论能级跃迁1玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射(2)跃迁假设：电子从能量较高的
5、定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，mn)时，会放出能量为h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEnEm.(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道量子化假设：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不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的2能级跃迁(1)能级和半径公式：能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV.半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r10.531010 m.(2)氢原子的能级图，如图所示1处于基态的氢原子可以吸收
6、能量为11 eV的光子而跃迁到高能级()2氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hEnEm(mn)()3氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能()4玻尔理论能解释所有元素的原子光谱()1两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发射光子光子的频率.(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量吸收光子的能量必须恰好等于能级差hE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离)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光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N
7、C.3电离(1)电离态：n，E0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量例如：氢原子从基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能例2(2022重庆卷6)如图为氢原子的能级示意图已知蓝光光子的能量范围为2.532.76 eV，紫光光子的能量范围为2.763.10 eV.若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为()A10.20 eV B12.09 eVC12.75 eV D13.06 eV答案C解析由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由
8、蓝光光子能量范围可知氢原子从n4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光，即从n4跃迁到n2辐射蓝光，则需激发氢原子到n4能级，则激发氢原子的光子能量为EE4E112.75 eV，故选C.例3(2022浙江6月选考7)如图为氢原子的能级图大量氢原子处于n3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠下列说法正确的是()A逸出光电子的最大初动能为10.80 eVBn3跃迁到n1放出的光电子动量最大C有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n4激发态答案B解析从n3跃迁到n1放出的光电子能量最大，根据EkEW0，可得此时最大
9、初动能为Ek9.8 eV，故A错误；从n3跃迁到n1放出的光电子能量最大，根据p，Eh，可知动量也最大，故B正确；大量氢原子从n3的激发态跃迁到基态能放出C3种频率的光子，其中从n3跃迁到n2放出的光子能量为E11.51 eV(3.4 eV)1.89 eVn，m、n都只能取正整数)，可以判定H、H、H、H的频率依次增大，波长依次减小，且能定量地计算出频率或波长的大小之比，故A正确，B错误；处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能被电离，故C错误；H的频率大于H的频率，根据光电效应产生的条件可以判定，H可以使某种金属发生光电效应，H不一定可以使该金属发生光电效应，故D错误7(2021全
10、国甲卷17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为()A6 B8 C10 D14答案A解析由题图分析可知，核反应方程为XYaHebe，经过a次衰变，b次衰变，由电荷数与质量数守恒可得2382064a,92822ab，解得a8，b6，故放出6个电子，故选A.8(多选)(2022浙江1月选考14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.91011 kWh，相当于减排二氧化碳六亿多吨为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热下列说法正确的是()A秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B秦山核电站发电
11、使原子核亏损的质量约为27.6 kgC核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D反应堆中存在UnBaKr3n的核反应答案CD解析秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A错误；由题知原子核亏损释放的能量一部分转化为电能，一部分转化为内能，原子核亏损的质量大于27.6 kg，故B错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过控制中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中等质量的核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在UnBaKr3n的核反应，故D正确9(多选)铀核裂变的一种方程为UXSrXe3n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法
12、中正确的有()AX是中子BX是质子C.U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定D.U、Sr、Xe相比，U的质量数最大，结合能最大，最稳定答案AC解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知，U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定，U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误10(2020全国卷18)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H2He2H2n43.15 MeV表示海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.01022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤
13、燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9107 J,1 MeV1.61013 J，则M约为()A40 kg B100 kgC400 kg D1 000 kg答案C解析根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E43.15 MeV7.191022 MeV1.151010 J，则相当于燃烧的标准煤的质量为M kg396.6 kg，约为400 kg.故选C.11A、B是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出粒子，另一个放出粒子，运动方向都与磁场方向垂直图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨
14、迹，下列说法中正确的是()AA放出的是粒子，B放出的是粒子Ba为粒子运动轨迹，d为粒子运动轨迹Ca轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小D磁场方向一定垂直纸面向外答案A解析放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，但电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的运动轨迹应为外切圆；而放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，且电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的运动轨迹应为内切圆，故B放出的是粒子，A放出的是粒子，故A正确；根据带电粒子在磁场中的运动的半径r，放出的粒子与反冲核的动量相等，而反冲核的电荷量大，故轨迹半径小，故b为粒子运动轨迹，c为粒子运动轨迹，故B
15、、C错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子运动的方向相反，由于粒子和粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故D错误12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，其轨迹半径为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(光速为c)答案(1)XYHe(2)(3)解析(1)XYHe(2)洛伦兹力提供向心力，有qvBm所以v，T环形电流大小I(3)衰变过程动量守恒，有0pYp所以pYp，“”表示方向相反因为pmv，Ekmv2，所以Ek即EkYEkmM由能量守恒得mc2EkYEkm，其中Ekmv2，所以m.
