高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)原子核課件

第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)原子核一、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型1.J.J.湯姆孫的“棗糕”模型.J.J.湯姆孫(1)1897年__________發(fā)現(xiàn)電子，提出原子的“棗糕”模型，揭開了人類研究原子結(jié)構(gòu)的序幕.均勻

(2)“棗糕”模型：原子是一個球體，正電荷_______分布在整個球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里.2.盧瑟福的“核式結(jié)構(gòu)”模型.(1)α粒子散射實驗裝置：如圖13-2-1所示.圖13-2-1實驗規(guī)律盧瑟福的分析__________α粒子仍沿原來的方向前進原子中絕大部分是空隙少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180°α粒子碰到了質(zhì)量比自己大得多的帶正電的物質(zhì)，原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在一個很小的范圍內(nèi)(2)α粒子散射實驗規(guī)律及盧瑟福對實驗現(xiàn)象的分析.絕大多數(shù)徑約為10－15～10－14m；原子的半徑約為10－10m.(3)原子核式結(jié)構(gòu)模型.原子核①在原子的中心有一個很小的核，叫__________.②原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核里.③帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn).(4)原子核的大小：從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核的半

3.質(zhì)子和中子統(tǒng)稱______，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的__________數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和.具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素.核子質(zhì)量定態(tài)原子只能處于一系列________的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量躍遷原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它________或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定.即hν＝________(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s)軌道原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是________的二、玻爾原子模型1.三條假設(shè).不連續(xù)輻射Em－En不連續(xù)2.氫原子的能級、能級公式.(1)氫原子的能級圖(如圖13-2-2所示).圖13-2-2E1半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m.(2)氫原子的能級和軌道半徑.

1n2－13.6eV

①氫原子的能級公式：En＝________(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝___________. ②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1

為基態(tài)三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成1.天然放射現(xiàn)象.貝克勒爾(1)天然放射現(xiàn)象.放射性αβγ

元素自發(fā)放出射線的現(xiàn)象，首先由________發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu). (2)放射性和放射性元素：物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫________.具有放射性的元素叫放射性元素. (3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是________射線、________射線、________射線.2.原子核.質(zhì)子中子質(zhì)子數(shù)中子數(shù)(1)原子核的組成.①原子核由_______和_______組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.②原子核的核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝_______＋________.質(zhì)子數(shù)中子數(shù)

(2)同位素：具有相同________、不同________的原子，在元素周期表中的位置相同.同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì).

四、原子核的衰變和半衰期

1.原子核的衰變. (1)原子核放出粒子或吸收粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.(2)分類.2.半衰期.半數(shù)(1)定義：放射性元素的原子核有______發(fā)生衰變所需的時間.(2)衰變規(guī)律：N＝N0__________、m＝m0__________.(3)影響因素：由______________因素決定，跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān).原子核內(nèi)部②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi).五、核力、核能、質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損、核反應(yīng)1.核力.核子(1)定義：原子核內(nèi)部，________間所特有的相互作用力.(2)特點：①核力是強相互作用的一種表現(xiàn).③每個核子只跟它的相鄰核子間有核力作用.2.核能.放出吸收核子數(shù)大牢固

(1)結(jié)合能.

核子結(jié)合為原子核時________的能量或原子核分解為核子時________的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能. (2)比結(jié)合能. ①定義：原子核的結(jié)合能與________之比，叫做比結(jié)合能，也叫做平均結(jié)合能. ②特點：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越________，表示原子核中核子結(jié)合得越________，原子核越穩(wěn)定.3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損.

愛因斯坦質(zhì)能方程E＝________，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝________. 4.原子核的人工轉(zhuǎn)變.(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn).mc2Δmc2質(zhì)子(2)中子的發(fā)現(xiàn).(3)放射性同位素的人工合成.中子5.重核的裂變.

(1)重核是指________很大的原子核. (2)重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核的反應(yīng)叫做重核的裂變.在裂變的同時，還會放出幾個中子和大量能量.

鈾235裂變時，同時放出2～3個中子，如果這些中子再引起其他鈾235核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進行下去，這種反應(yīng)叫________反應(yīng).鈾235能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的________體積.質(zhì)量數(shù)鏈?zhǔn)脚R界

6.輕核的聚變. (1)輕核是指質(zhì)量數(shù)________的原子核，如氫核、氦核等. (2)某些輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應(yīng)過程叫做輕核的________，同時放出大量的能量.

輕核聚變只能發(fā)生在超高溫條件下，故輕核聚變也叫做熱核反應(yīng).很小聚變【基礎(chǔ)自測】1.判斷下列題目的正誤.(1)人們認(rèn)識原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的.(上.(

)(2)按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個不連續(xù)的軌道

)(3)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，氫原子輻射的光子能量為hν＝En.()(4)如果某放射性元素的原子核有40個，經(jīng)過一個半衰期后還剩20個.()(5)質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量.()答案：(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×2.(2023年天津卷)關(guān)于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是()A.核聚變需要在高溫下進行B.核聚變中電荷不守恒C.太陽質(zhì)量不變

解析：因為高溫時才能使得粒子的熱運動劇烈，才有可能克服他們自身相互間的排斥力，使得它們間的距離縮短，才能發(fā)生聚變，A正確.核聚變中電荷是守恒的，B錯誤.因為太陽一直在發(fā)生核聚變，需要放出大量能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知太陽質(zhì)量減小，錯誤.答案：A

3.(2022年上海模擬)放射性元素鐳在衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，進入勻強電場中的偏轉(zhuǎn))圖13-2-3情況如圖13-2-3所示，由此可推斷( A.①表示γ射線，③表示α射線

B.①表示γ射線，③表示β射線

C.②表示γ射線，③表示α射線

D.②表示γ射線，③表示β射線

解析：α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電，γ射線在磁場中一定不偏轉(zhuǎn)，②為γ射線.電場中，α射線向右偏，β射線向左偏，①為β射線，③為α射線.故C正確.答案：C

解析：同位素之間質(zhì)子相同，中子不同，可知質(zhì)量數(shù)不同，C正確.

答案：C熱點1氫原子能級及能級躍遷[熱點歸納]1.兩類能級躍遷：(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子.(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量.①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差hν＝ΔE.②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE.③大于電離能的光子被吸收，將原子電離.2.譜線條數(shù)的確定方法：(1)一個氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n－1).(2)一群氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加.

3.氫原子躍遷時電子動能、電勢能與原子能量的變化規(guī)律：

隨n增大而增大，隨n減小而減小，其中E1＝－13.6eV. (2)電子動能變化規(guī)律. ①從公式上判斷.電子繞氫原子核運動時靜電力提供向心力即

②從庫侖力做功上判斷.當(dāng)軌道半徑增大時，庫侖引力做負(fù)功，故電子動能減?。环粗?，當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，故電子動能增大.(3)原子的電勢能的變化規(guī)律

①通過庫侖力做功判斷.當(dāng)軌道半徑增大時，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大；反之，當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小.

②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷.當(dāng)軌道半徑增大時，原子能量增大，電子動能減小，故原子的電勢能增大；反之，當(dāng)軌道半徑減小時，原子能量減小，電子動能增大，故原子的電勢能減小.考向1氫原子躍遷過程中的特點【典題1】(2022年北京卷)氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子()A.放出光子，能量增加C.吸收光子，能量增加B.放出光子，能量減少D.吸收光子，能量減少

解析：氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子放出光子，且放出光子的能量等于兩能級之差，能量減少.

答案：B思路導(dǎo)引激發(fā)態(tài)能量高于基態(tài)，氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能量減少，原因是以光子的形式放出能量，此過程電子動能變大，電勢能減小.

考向2氫原子躍遷過程中光譜線的能量關(guān)系

【典題2】(2023年湖北卷)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射.該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2eV).根據(jù)如圖12-2-4所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子()圖12-2-4A.n＝2和n＝1能級之間的躍遷B.n＝3和n＝1能級之間的躍遷C.n＝3和n＝2能級之間的躍遷D.n＝4和n＝2能級之間的躍遷

解析：由圖中可知n＝2和n＝1的能級之間的能量差值為ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，與探測器探測到的譜線能量相等，故可知此譜線來源于太陽中氫原子n＝2和n＝1能級之間的躍遷.答案：A種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mp，mp＝1.67×10-27kg

mp1836靜止質(zhì)量為零熱點2原子核的衰變規(guī)律考向1三種射線[熱點歸納](1)三種射線的比較：種類α射線β射線γ射線速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強，能穿透幾毫米的鋁板最強，能穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱(續(xù)表)(2)α衰變、β衰變的比較：

【典題3】科學(xué)家們利用14C測年法估測出我國三星堆遺址三號坑的大概年份：距今3148—2966年的商代晚期.其測量依據(jù)是：大氣中的14N在宇宙射線的照射下轉(zhuǎn)換為14C，其核反應(yīng)方程為內(nèi)，生物活著的時候其體內(nèi)12C和14C的比例保持不變，當(dāng)生物死后，14C發(fā)生衰變，其含量逐漸減少，14C的半衰期約為5730年，A.14C與14N具有相同的中子數(shù)B.14C發(fā)生的是β衰變C.生物活著時體內(nèi)14C不會發(fā)生衰變D.改變待測物體所處環(huán)境的溫度，可能會改變14C的半衰期

解析：14C的中子數(shù)是8個，14N的中子數(shù)是7個，A錯誤.根所以14C發(fā)生的是β衰變，B正確.衰變是由原子核內(nèi)部自身決定的，與外界的物理和化學(xué)等狀態(tài)無關(guān)，C錯誤.放射性元素的半衰期與物理環(huán)境以及化學(xué)環(huán)境無關(guān)，D錯誤.答案：B考向2衰變次數(shù)的確定方法[熱點歸納]

方法一：確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律，設(shè)放射和電荷數(shù)守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m由以上兩式聯(lián)立解得A－A′A－A′n＝4，m＝2＋Z′－Z

由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方程組.

方法二：因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變

解析：釷核中共有90個質(zhì)子，142個中子，鉛核中共有82個質(zhì)子，126個中子，故鉛核比釷核少8個質(zhì)子，少16個中子，

錯誤，D正確.

答案：ABD熱點3半衰期[熱點歸納]1.半衰期公式：2.半衰期的物理意義：

半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差別很大.3.半衰期的適用條件：半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個特定的原子核，無法確定何時發(fā)生衰變.答案：C熱點4核反應(yīng)方程考向1核反應(yīng)的四種類型[熱點歸納](續(xù)表)(續(xù)表)

【典題6】(2022

年廣東佛山月考)2021年9月，在甘肅省武威市全球首臺釷基熔鹽核反應(yīng)堆進行試運行放電，也標(biāo)志著我國成為世界上第一個對第四代核電技術(shù)進行商業(yè)化試驗運營的國家.說法正確的是()圖13-2-5D.核反應(yīng)堆是通過核裂變把核能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電

解析：根據(jù)核反應(yīng)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，釷232變成躍遷時，放出能量，會伴隨γ輻射，B錯誤.整個過程中釋放能量，的核能通過核裂變反應(yīng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，D錯誤.

答案：A易錯分析衰變是原子核的衰變，α輻射實際上是α衰變，只可能發(fā)生在原子核內(nèi)部，不可能發(fā)生在原子的外層電子躍遷的過程中.考向2核反應(yīng)方程式的書寫[熱點歸納]

2.掌握核反應(yīng)遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程式或判斷某個核反應(yīng)方程式是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向. 3.核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.【典題7】(多選)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4

代表α粒子的有()

答案：BD熱點5質(zhì)能方程與核能的計算[熱點歸納]1.對質(zhì)能方程的理解：(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2.

方程的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的質(zhì)量增大，能量增大；物體的質(zhì)量減少，能量減少.

(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2.(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2.2.核能的計算方法：(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2

計算，計算時Δm

的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”.

(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV

計算.因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV

的能量，所以計算時Δm

的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”.(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù).

【典題8】(2022

年廣東廣州模擬)2020年1月10日，黃旭華獲2019年國家最高科學(xué)技術(shù)獎.他是中國第一代核潛艇總設(shè)計師，成功研制了我國第一代核潛艇，為我國海基核力量實現(xiàn)從無到有的歷史性跨越作出了卓越的貢獻.核潛艇是以核反應(yīng)堆(如圖13-圖13-2-6C.根據(jù)E＝mc2，裂變后釋放核能，裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損D.要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)小于臨界體積

解析：根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X元素的電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))為p＝56，質(zhì)量數(shù)q＝144，則含有144－56＝88個中裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損，C正確.要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)大于臨