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原子和原子核专题高考物理考点重点原子结构和原子核复习 第十九章原子结构和原子核 1本章内容可分为两部分，即原子结构和原子核。重点内容是：氢原子的能级结构和公式；原子核的衰变和半衰期；核反应方程的书写；结合能和质量亏损。从考试大纲可以看到全部是I级要求。2高考对本专题考查特点是命题热点分散，偏重于学问的了解和记忆，多以每部分内容单独命题，多为定性分析，“考课本”，“不回避陈题”是本专题考查的最大特点，题型多以选择题形式出现，几乎在每年高考中占一个小题。3本单元内容与现代科技相联系的题目较多，复习时应引起高度重视。第一课时氢原子光谱氢原子的能级结构和公式 【教学要求】1了解人们对原子结构的相识过程2驾驭粒子散射试验和原子核式结构的3理解玻尔模型的三条假设【学问再现】一、人们相识原子结构的思维线索气体放电的探讨阴极射线发觉电子（1897年，汤姆生）汤姆生的“枣糕模型”卢瑟福的核式结构模型玻尔模型（轨道量子化模型）。二、卢瑟福的核式结构模型1粒子散射试验做法：用质量是电子7300倍的a粒子轰击薄金箔。结果：绝大多数，少数，极少数，有的甚至。2原子的核式结构在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里围着核旋转原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。3试验数据估算：原子核大小的数量级为10-1510-14m，原子大小的数量级为10-10m三、玻尔的原子理论三条假设1“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。2“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（汲取）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值确定hv=E2-E1。3“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能随意取值，必需满意四、氢原子能级及氢光谱1氢原子能级：原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。2氢原子的能级图3氢光谱在氢光谱中，n=2,3,4,5,向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系；n=4,5,6,7向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5,6,7,8向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。学问点一原子的核式结构卢瑟福由粒子散射试验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。我们把这样的原子模型称为“核式结构模型”。【应用1】英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，发觉了粒子的散射现象。下图中，o表示金原子核的位置，则能正确表示该试验中经过金原子核旁边的粒子的运动轨迹的图是（）导示:依据库仑定律知：离核越近的粒子受到的库仑斥力越大，运动轨迹弯曲越厉害。又正对原子核粒子将被弹回。故正确答案选BD。学问点二氢原子的能级、轨道公式1能级公式：氢原子存在一个能量最低也是最稳定的状态，称为基态，其能量用E1表示；其余定态称为激发态，能量用En表示，由玻尔理论可推出氢原子能级公式En=E1/n2即(n=1、2、)式中n称为能量量子数。E1=-l3.6eV。2半径公式rn=n2r1式中r1，为基态半径，又称为玻尔半径，r1=O.53×10-10m【应用2】（07海南卷）氢原子第n能级的能量为En=E1/n2，其中E1是基态能量，而n=1、2、。若一氢原子放射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子放射光子前后分别处于第几能级？导示:设氢原子放射光子前后分别处于第l与第m能级，则依题意有由式解得：m=2由式得：l=4氢原子放射光子前后分别处于第4与第2能级。1、原子定态能量En是指核外电子动能及电子与核之间的静电势能之和；2、En是负值，这里是取电子自由态作为能量零点。类型一氢原子的跃迁与电离问题当原子从低能级向高能级跃迁时，要汲取肯定能量的光子，当一个光子的能量满意h=E末-E初时，才能被某一个原子汲取，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初时都不能被原子汲取。当原子从高能级向低能级跃迁时，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当光子能量大于或等于l3.6eV时，也可以被氢原子汲取，使氢原子电离；当氢原子汲取的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有肯定的初动能。【例1】（2022年高考理综卷）用大量具有肯定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了肯定数目的光谱线。调高电子的能量再此进行观测，发觉光谱线的数目比原来增加了5条。用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。依据氢原子的能级图可以推断，n和E的可能值为（）An=1，13.22eVE13.32eVBn=2，13.22eVE13.32eVCn=1，12.75eVE13.06eVDn=2，12.75eVE13.06eV导示:原子的跃迁公式只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的状况。实物粒子与原子相互作用而使原子激发时，粒子的能量不受上述条件的限制。本题由于是电子轰击,存在两种可能：第一种n=2到n=4,所以电子的能量必需满意13.6-0.85E13.6-0.54,故D选项正确；其次种可能是n=5到n=6,电子能量必需满意13.6-0.38E13.6-0.28,故A选项正确。所以答案应选AD。原子跃迁时需留意的几个问题：（1）一群原子和一个原子：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N=Cn2=n(n-1)/2；一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出n-1条光谱线。（2）光子激发和实物粒子激发：若是在光子的作用下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必需等于原子的某两个能级差；若是在实物粒子的碰撞下引起原子的跃迁，则要求实物粒子的能量必需大于或等于原子的某两个能级差。（3）干脆跃迁和间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态，有时可能是干脆跃迁，有时是间接跃迁。两种状况下辐射（或汲取）光子的可能性及频率可能不同。（4）跃迁和电离。类型二跃迁过程的能量改变问题【例2】（07届南京市综合检测题三）处于激发态的原子，假如在入射光子的作用下，可以引起其从高能态向低能态跃迁，同时在两个能态之间的能量差以辐射光子的形式放射出去，这种辐射叫做受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、放射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子动能Ek的改变关系是（D）AEn减小、Ep增大、Ek增大BEn增大、Ep减小、Ek减小CEn减小、Ep增大、Ek减小DEn减小、Ep减小、Ek增大导示:由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力：ke2/r2=mv2/r，所以Ek=mv2=ke2/2r。可见，电子运动半径越小，其动能越大再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出肯定的能量，所以原子的总能量减小。综上探讨，可知该题只有答案D正确。故选D。1依据粒子散射试验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹在粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是（）A动能先增大，后减小B电势能先减小，后增大C电场力先做负功，后做正功，总功等于零D加速度先变小，后变大 2（2022年全国卷）氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为1和2，且12，则另一个波长可能是（）A12B1-2CD 3（07广东卷）如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是（）A原子A可能辐射出3种频率的光子B原子B可能辐射出3种频率的光子C原子A能够汲取原子B发出的光子并跃迁道能级E4D原子B能够汲取原子A发出的光子并跃迁道能级E4 答案：1、C；2、CD；3、B。 相识原子核教学设计 第3单元课时2相识原子核教学设计一、学习目标1.了解原子由原子核和核外电子构成，相识原子组成的符号。2.初步了解相对原子质量的概念，知道核素、质量数、同位素的概念。3.培育学生视察实力、分析综合实力和抽象思维实力。4.世界的物质性、物质的可分性的辨证唯物主义观点的教化。二、教学重、难点原子核的组成；同位素等概念。三、设计思路本课时设计从原子相对比较形象、详细的“质量”动身，在学生了解原子的质量基础上，回顾上节课所涉及到的卢瑟福的粒子散射试验，让学生推想原子核的电性，并与电子比较质量相对大小，使学生主动参加原子核的组成、性质以及核素、同位素等概念的探讨四、教学过程导入我们已知道原子很小但有质量，那么原子的质量究竟有多大呢？不同的原子质量各不相同，可以用现代科学仪器精确地测量出来。例如：一个碳原子的质量是：000000000000000000000000001993kg，即1.993×10-26kg；一个氧原子的质量是2657×10-26kg；一个铁原子的质量是9288×10-26kg。这样小的数字，书写、记忆和运用起来都很不便利，就像用吨做单位来表示一粒沙子的质量一样。因此，在国际上，一般不干脆用原子的实际质量，而采纳不同原子的相对质量相对原子质量。板书相对原子质量：某原子的质量与C12原子质量的1/12的比值。提出问题你知道C12原子指的是什么原子吗？讲解我们已经知道原子是构成物质的一种微粒。它是由原子核和核外电子构成的。那原子核中又有哪些结构和性质呢？今日就让我们来相识原子核。提出问题卢瑟福的粒子散射试验说明原子具有怎样的结构？板书一、原子的组成：中子原子核质子1.原子核外电子讲解绝大多数原子的原子核都是由质子和中子构成的。原子的体积已经很小了，原子核在它里面，当然更小。假如假设原子是一个浩大的体育场，那么，原子核则是位于场中心的一个小蚂蚁。提出问题在原子中，质子数、核电荷数、电子数有怎样的关系？为什么？原子在化学反应中失去或得到电子，它还显电中性吗？此时，它还是原子吗？离子所带的电荷数与离子中的质子数和核外电子数之间有什么关系？忽视电子的质量，原子的相对原子质量在数值上与原子的质子数和中子数有什么关系？什么是质量数？怎样简洁的表达原子核的构成？其含义是什么？讲解原子核内全部质子和中子的相对质量取近似值加起来，所得数值便近似等于该原子的相对原子质量，我们把其称为质量数，用符号A表示。X中Z表示质子数，X表示元素符号。如C表示质量数为12，原子核内有6个质子的碳原子或原子核内有6个质子和6个中子的碳原子。前面我们提到的作为相对原子质量标准的C12指的就是这种原子。板书2.质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）过渡“O”与“O”所表示的意义是否相同？同一种元素的原子具有相同的质子数，但中子数不肯定相同。如在自然界存在着三种不同的氢原子：氕、氘、氚质子数111中子数012核素：具有肯定质子数和肯定中子数的一种原子。（原子核的组成不同）同位素：质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素之间的互称。（学生阅读教材33页“拓展视野”）板书 其次课时相识原子核一、原子的构成：1.中子（不带电）原子核质子（带正电）一个质子带一个单位正电荷原子核外电子（带负电）一个电子带一个单位负电荷在一个原子中：质子数=电子数=核电荷数离子中离子所带的电荷=质子数核外电子数2.质量数：用符号A表示。中子数规定用符号N表示，X表示某种元素符号质量关系：质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）二、1.元素：质子数相同的同一类原子的总称。2.核素：具有肯定质子数和肯定中子数的一种原子。3.同位素：质子数相同，质量数（或中子数）不同的核素之间的互称。 二、原子核的组成 二、原子核的组成 （一）教学目的 1常识性了解射线的应用，强射线对人体的危害及防护。 2常识性了解原子核的组成。 3进行物理学探讨方法的启蒙教化。 （二）教具 录像机，监视器，原子弹和氢弹爆炸的录像剪接带。（若没有上述器材可用原子弹、氢弹爆炸的挂图代替） （三）教学过程 1引入新课 老师：为了打破核垄断，抵制核讹诈，我国科技工作者自食其力、发奋图强，从1961年起自己进行核武器的研制，在党中心的亲切关怀下，全国一盘棋，用了短短4年时间就完成了研制工作，并于1964年10月16日胜利地爆炸了第一颗原子弹。 播放录像：我国第一颗原子弹爆炸的实况。 老师：这是我国第一颗原子弹试爆的实况，其威力超过了其次次世界大战期间美国在日本广岛上空爆炸的原子弹。紧接着于1967年6月17日又胜利地爆炸了第一颗氢弹，完成了其他国家要十几年或几十年才做完的工作。 播放录像：我国第一颗氢弹试爆实况。 这是我国试爆第一颗氢弹的状况，与原子弹相比，氢弹所用的燃料更少，而威力则比原子弹大许多。 （若没有录像设备，就出示挂图，指着原子弹爆炸后形成的蘑菇云问学生：你们知道这是什么吗？然后老师再介绍上述状况） 原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢？因为它们都利用了核能。我们知道化学能是在原子发生改变时放出的能量而核能是在原子核发生改变时放出的能量。为了了解核能，先要知道原子核的组成状况。 2进行新课 板书课题：其次节原子核的组成 (1)电子的发觉和放射性现象的发觉 老师：我们已经学过，物质是由分子、原子构成的，原子已经是很小很小的微粒了，其直径只有10-10米，所以在十九世纪以前，人们始终认为原子是不行再分的中性粒子。1897年英国物理学家汤姆生在探讨阴极射线时发觉了电子，而电子比原子小得多，因而人们才相识到原子内部还有结构。 板书：电子的发觉把人们带入了原子内部的世界 在同一时期人们还发觉了自然放射性现象，对放射性现象的进一步探讨，人们相识到原子核内部还有结构，原子核由比它更小的粒子组成。可见人类对客观世界的相识是没有止尽的。我们先来学习放射性现象。 板书：放射性现象的发觉把人们带入了原子核内部的世界 (2)放射性现象 什么是放射性现象？ 老师边写边说：像铀(U)、钋(Po)、镭(Ra)等元素能自发地放出一些人眼看不见的、能穿透黑纸使照相底片感光的射线，这种现象叫放射性现象。这些元素叫放射性元素。 射线原委是什么？ 老师：在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？比如：这些射线带不带电呢？为了了解它们的性质，还得通过试验。 老师：我们做什么样的试验，才能推断它们带不带电呢？（放射性现象中放出的射线若是带电的，射线在磁场中将像通电导体那样发生偏转，由偏转的方向和磁体的N、S极位置还可推断射线带的是什么电。） 老师：我们利用已经驾驭的学问可以去探究还不知道的现象和规律，最基本的探讨方法是通过试验。把放射性元素装在一个壁很厚的铅盒里（射线穿不透），在盒壁上有一个小孔，放射线可由此孔射出，然后把它们放到两个很强的磁极之间，再用照相底片把射线的轨道记录下来。从照相底片上看到，放射线分成了三束，其中两束向相反方向偏转，说明这两束射线带异种电荷；中间一束不偏转，说明它不带电，是中性的。 这三种射线有哪些性质呢？它们的实质是什么呢？ 板书：射线由两种带异种电荷的粒子和一种不带电的中性粒子组成 (3)三种射线 射线 依据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做射线，射线由带正电的粒子组成。科学家们探讨发觉每个粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，粒子质量大约等于氦原子的质量。进一步探讨表明粒子就是氦原子核。 板书：射线的实质就是高速运动的氦核流 由于粒子的质量较大，所以射线的穿透本事最小，我们用一张厚纸就能把它拦住。 射线 与射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做射线。探讨发觉射线由带负电的粒子（粒子）组成。进一步探讨表明粒子就是电子。 板书：射线的实质就是高速运动的电子流 试验还表明，射线的穿透本事较强，很简单穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板。 射线 中间不发生偏转的那束射线叫做射线，探讨表明，射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的。 板书：射线是一种电磁波 射线的穿透本事极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透水泥墙和几厘米厚的铅板。 (4)射线的应用和防护 由于射线穿透性极强，照到动、植物上还能对细胞发生生物化学作用，因此在工业、农业和医学上都有重要应用。在工业上可用它作金属探伤，或检查金属板的厚度，例如飞机、火车、轮船上的主轴是用钢材锻压而成的，里面有没有砂眼或裂缝呢？以前是用破坏法抽样检查的，牢靠性差，又奢侈材料，现改用射线来探查，精确度高，又不损耗材料；在农业上用射线来适当照耀种子，能使农作物增产，还能增加某些作物的抗病实力，改良农作物的品质；在医学上还可用射线作“放疗”，医治恶性肿瘤。 事物总是一分为二的，射线能杀死癌细胞，也能杀死正常细胞，或使正常细胞癌变，因此在运用放射性元素时，要留意射线的防护，要防止放射性物质泄漏，以免对水源、空气和工作场所造成污染。 (5)原子核的组成 深化探讨表明，放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构。 原子核内原委还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？这是个很困难的问题，直到目前原子核内部的微小组成状况仍是科学探讨的尖端项目之一。现在我们只是粗浅地、简洁地介绍原子核内部的基本组成状况。 英国物理学家卢瑟福在1919年做核反应试验时发觉了质子，经过探讨证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍。进一步探讨表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。 1932年英国物理学家查德威克又发觉了中子，通过探讨证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电。是中性粒子。在对各种原子核进行的试验中，发觉质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。 板书：原子核是由质子和中子组成的 现在我们已经知道：氢原子核(H)最简洁，它就是一个质子，核外有一个电子围着它转；氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子围着它转；锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层围着它转；铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层围着它转；同学们可以发觉一个规律： 板书：各种原子核内质子的个数（核的电荷数）和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分。 在某种核反应中，一个中子变成一个电子和一个质子。这就是原子核内没有电子，又会放出电子，产生射线的缘由。 3总结（略） 4布置作业 阅读课本，了解放射性现象和原子核组成的基本状况。 高三物理原子和原子核公式必备学问点 高三物理原子和原子核公式必备学问点 原子和原子核公式总结1.粒子散射试验结果a)大多数的粒子不发生偏转;(b)少数粒子发生了较大角度的偏转;(c)极少数粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来)2.原子核的大小：10-1510-14m，原子的半径约10-10m(原子的核式结构)3.光子的放射与汲取：原子发生定态跃迁时,要辐射(或汲取)肯定频率的光子:h=E初-E末能级跃迁4.原子核的组成：质子和中子(统称为核子)，A=质量数=质子数+中子数，Z=电荷数=质子数=核外电子数=原子序数见第三册P635.自然放射现象：射线(粒子是氦原子核)、射线(高速运动的电子流)、射线(波长极短的电磁波)、衰变与衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。射线是伴随射线和射线产生的见第三册P646.爱因斯坦的质能方程:E=mc2E:能量(J)，m:质量(Kg)，c:光在真空中的速度7.核能的计算E=mc2当m的单位用kg时，E的单位为J;当m用原子质量单位u时，算出的E单位为uc2;1uc2=931.5MeV见第三册P72。注：(1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求驾驭;(2)熟记常见粒子的质量数和电荷数;(3)质量数和电荷数守恒,依据试验事实,是正确书写核反应方程的关键;(4)其它相关内容:氢原子的能级结构见第三册P49/氢原子的电子云见第三册P53/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护见第三册P69/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆见第三册P73/轻核聚变、可控热核反应见第三册P77/人类对物质结构的相识。 第17页 共17页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页