高考领航第2讲原子结构和原子核公开课.docx

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1、第2耕原子转构和原子核重温教材 扫清盲点一、原子结构1 .电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子.2 .原子的核式结构(l)a粒子散射实验：19091911年，英国物理学家克瑟福和他的助手进行了用a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a粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90。，也就是说它们几乎被“撞” 了回来.(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，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.二、氢原子光谱1 .光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度 分布

2、的记录，即光谱.2 .光谱分类3 .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;= kQT)(=3, 4, 5,K 是里德伯常量,Tf=L10X107 m1).4 .光谱分析：利用每种原子都有自己的黄征遭线可以用来鉴别物质和确定物质的组成 成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.三、氢原子的能级、能级公式1 .玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列丕连续的能量状态中，在这些能量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.跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子A. a射线、P射线和丫射线都是电磁波B.在a

3、、0、丫三种射线中，y射线的电离能力最强C.氮的半衰期为3.8天，4个氨原子核经过7.6天后一定只剩下1个氯原子核D.放射性元素发生P衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的解析：选D.a射线是高速?He核流，p射线是高速电子流，丫射线是能量很高的电磁 波，A项错误.在叫 0、丫三种射线中，a射线的电离能力最强，y射线的电离能力最弱， B项错误.半衰期是对大量原子核的衰变行为作出的统计规律，对于少数原子核无意义，C 项错误.0衰变所释放的电子是原子核内的中子转变成质子时产生的，故D正确.2.（半衰期的理解和计算）（多项选择）锐钾Th具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为镁钾 Pa,

4、同时伴随有y射线产生，其方程为翎Th-钾Pa+X,钮的半衰期为24天.以下说法正 确的是（.）A. X为质子B. X是社核中的一个中子转化成一个质子时产生的C. y射线是锲原子核放出的D. 1 g牡镉1Th经过120天后还剩0.3125 g解析：选BC.根据电荷数和质量数守恒知，处核衰变过程中放出了一个电子，即X为 电子，故A错误；发生0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；丫射线是镁原子核放出的，故C正确；处的半衰期为24天，1g牡钳Th经过120 天即经过5个半衰期后还剩0.031 25 g,故D错误.3 .（射线的性质及特点）某一放射性物质发生衰变时放出a、

5、0、y三种射线，让这三种 射线进入磁场，运动情况如下图.以下说法正确的选项是（）A.该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大B.。粒子是原子核的重要组成局部C. A粒子一定带正电D.区粒子的穿透性最弱解析：选C.半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知。 粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定那么可知，A粒子一定带正电，故C正 确；3粒子为y射线，穿透性最强，故D错误.4 .（衰变规律和力学规律的综合问题）（多项选择）如图，静止的锣U核发生a衰变后生成反冲 Th核，两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，以下说法正确的是（）是（）XXX BXXXa汨

6、e+lHB.核反响前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为3 MeVD.汨e的动能约为4 MeV解析：选C.由核反响过程中的质量数和电荷数守恒可知汨+汨-汨e+血，那么新粒子为中子所以A错误；核反响过程中质量亏损，释放能量，仍然满足能量守恒定律，B 错误；由题意可知 AE= (2.014 luX23.016 OuL0087u)X931 MeV/u=3.3 MeV,根据 核反响中系统的能量守恒有EkHe + Ekn = 2Eo + AE,根据核反响中系统的动量守恒有PHe-pn =0，由 Ek=,可知华出=% 解得 EkHe= ，二(2Eo+AE)=l MeV, kn=4 Zm. kn /He

7、/Wn-T/WHe7W 十 7nHe(2Eo+AE)=3MeV,所以C正确，D错误. 个多维冲关L (2018逢国卷IU)(核反响方程的书写)1934年，约里奥一居里夫妇用a粒子轰击铝核召A1,产生了第一个人工放射性同位素X： a+?Ul-n+X.X的原子序数和质量数分别为()A. 15 和 28B. 15 和 30C. 16 和 30D. 17 和 31解析：选B.将核反响方程式改写成2He+WAl-E+X,由电荷数和质量数守恒知，X应为果X.2.（核反响类型的判断）我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过 权威机构认证，这是我国对国际热核聚变工程的重大贡献.以下核反响方程中属

8、于聚变反 应的是（.）A.B. VN+?He-YO+1HC. ?He+0Al-*P+AnD.黄U+Dnf 第Ba+然Kr+3Ali解析：选A. A项是氢元素的两种同位素电和氟聚变成氮元素的核反响方程，B项是用 a粒子轰击氮原子核发现质子的核反响方程，属于原子核的人工转变，C项属于原子核的人 工转变，D项属于重核的裂变，因此只有A项符合要求.3. （2019全国卷H）（核能的计算）太阳内部核反响的主要模式之一是质子一质子循环， 循环的结果可表示为4H-2He+2呢+2丫，|H和?He的质量分别为zwp= 1.007 8 u和 布 =4.002 6 u, 1 u=931 MeV/c2, c为光速.

9、在4个|H转变成1个yHe的过程中，释放的能量 约为（）A. 8 MeVB. 16 MeVC. 26 MeVD. 52 MeV解析：选C.因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计.质量亏损Am=4机p 一ma，由质能方程得 A=A，c2=（4X 1.007 84.002 6）X931 MeV26.6 MeV.4.（2019天津卷）（对聚变和裂变的理解）（多项选择）我国核聚变反响研究大科学装置“人造 太阳” 2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次到达1亿摄氏度，为人类开发利 用核聚变能源奠定了重要的技术基础.以下关于聚变的说法正确的选项是（）A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任

10、何两个原子核都可以发生聚变C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加解析：选AD.核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A对.只有原子序数小的“轻” 核才能发生聚变，B错.轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加，总质量减小，C 错，D对.的能量由这两个定态的能量差决定，即产是普朗克常量，/f=6.63X10-34J 钾Pa+*.(3)半衰期：放射性元素的原子核有生数发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的 因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关.五、核力和核能1 .核力原子核内部，核子间所特有的相互作用力.2 .核能(1)核子在结合成原

11、子核时出现质量亏损Am,其对应的能量AE=A?c2.(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加A/n,吸收的能量为NE=六、裂变反响和聚变反响、裂变反响堆、核反响方程1 .重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核 的过程.(2)典型的裂变反响方程：赞 U+Jn-Kr+需 Ba+3jn.(3)链式反响：重核裂变产生的生壬使裂变反响一代接一代继续下去的过程.(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反响的最小体积及其相应的质量.(5)裂变的应用：原子弹、核反响堆.(6)反响堆构造：核燃料、减速剂、锯棒、防护层.2.轻核聚变(1)定义：

12、两个轻核结合成质量较大的核的反响过程.轻核聚变反响必须在高温下进行, 因此又叫热核反响.(2)典型的聚变反响方程：?H+1H-*lHe+Jn+17.6 MeV.S深化悝解 SHENHUALIJIEE光照引起的跃迁，光子能量必须等于能级差；碰撞引起的跃迁，只需要实物粒子的动能大于(或等于)能级差.2 .大量处于量子数为的激发态的氢原子向基态跃迁时，可能辐射的光谱线条数为N3 .半衰期是针对大量原子核而言的，少量原子核不能用半衰期公式求余量.4 .磁场中的衰变：外切圆是a衰变，内切圆是0衰变，半径与电荷量成反比.UW liK HU JZY W KEQIANDABIAO一、易混易错判断1 .卢瑟福做

13、粒子散射实验时发现粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏 转.（工）2 .氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的.（工）3 .氢原子由能量为E的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hv = E.（ X ）4 .氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁.（X ）5 .发生0衰变时，新核的核电荷数不变.（）6 .核反响遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒.（工）.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化.（ X ） 二、教材习题及改编L （粤教版选修35,97 T2）用哪种方法可以减缓放射性元素的衰变速率（）A.把该元素放在低温阴凉处7 .把该元素密封在很厚的铅盒子

14、里C.把该元素同其他的稳定元素结合成化合物D.上述各种方法都无法减缓放射性元素的衰变速率解析：选D.半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关， 故D正确.2.（人教版选修3-5R1 例题）（多项选择）中子的质量是%=1.674 9X10-27 kg,质子 的质量是叫=1.672 6义1027 kg,质核的质量是mD=3.343 6X10-27 kg,那么气核的比结合能 为（）A. 3.51X1013 JB. 1.10 MeVC. 1.76X1013 JD. 2.19 MeV解析：选BC.戈核是由1个质子、1个中子构成，其核子与原子核的质量差为：Am=/np+mn-/md电核

15、的结合能为AE=Amc2代入数据，解得：AE=2.19 MeV=3.51 X 1013 JE电核的比结合能为：-=1.10 MeV1.76X10-13 J应选BC.3.（粤教版选修3-5P97T3）（多项选择）关于核衰变和核反响的类型，以下表述正确的选项是 （ ）A.燹U一酬Th+2He是a衰变B. VN+?Hef gO+lH 是 0 衰变C.汨+汨-夕He+，n是轻核聚变D.附Se一然Kr+2，e是重核裂变解析：选AC. a衰变是原子核自发放射a粒子的核衰变过程，a粒子是电荷数为2、 质量数为4的氯核He,故A正确；原子核自发的放出电子的衰变过程称为0衰变，故B 错误；轻核聚变是把轻核结合成

16、质量较大的核，释放出核能的反响称聚变反响，由此可知C 正确；该反响为0衰变，故D错误.4.（沪科版选修3-5 P75T4改编）秘210的半衰期是5.0天，8 g钿210经20天 后还剩下（）A. 1gA. 1gC. 0.4 gB. 0.2 gD. 0.5 g解析：选D.由公式m=8Xg=05g,D正确.=关键椎由英底考点透析 多维冲关考点一 原子的核式结构自主学习解答原子结构问题的三大规律（1）库仑定律：尸=学，可以用来确定电子和原子核、a粒子和原子核间的相互作用力.（2）牛顿运动定律和圆周运动规律：可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题.（3）功能关系及能量守恒定律：可以分析由于库仑力

17、做功引起的带电粒子在原子核周围 运动时动能、电势能之间的转化问题.个多维冲关L （a粒子散射实验）（多项选择）如下图为卢瑟福和他的同事们做a粒子散射实验装置的示 意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B. C、O四个位置时观察到的现象，以下 说法中正确的选项是（）A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.放在3位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C.放在C、。位置时，屏上观察不到闪光D.放在乃位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少解析：选AD.根据a粒子散射现象，绝大多数a粒子沿原方向前进，少数a粒子发生 较大偏转，A、D正确.2.（a粒子散射现象）如

18、图是卢瑟福的a粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量 的放射性元素车卜，它发出的a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.以下说法正确的选项是（）a粒子源a粒子源粒子束散射粒子环形荧光屏金箔A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C. a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a粒子发生大角度偏转解析：选A.卢瑟福根据a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，从而否认了汤姆孙原子模型的正确性，选项B错 误；电子质量太小，对a粒子的影响不大，

19、选项C错误；绝大多数a粒子穿过金箔后，几 乎仍沿原方向前进，选项D错误.3.（a粒子散射）如下图是a粒子（氯原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、。是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止.图中所标出的a粒子在)B. N点D.。点各点处的加速度方向正确的选项是（A. M点C. P点解析：选C. a粒子（氯原子核）和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与a粒子所受斥力方向相同.带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹师生互动侧，故只有选项C正确.考点二玻尔理论的理解与计算1 .两类能级跃迁（1）自发跃迁：高能级一低能级，释放能量，发出光子.、i,辽y

20、d AE E高一E低 光子的频率产下=-.受激跃迁：低能级一高能级，吸收能量.光照（吸收光子）：光子的能量必须恰等于能级差，hv=E.碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，外沁E.大于电离能的光子被吸收，将原子电离.2 .谱线条数确实定方法一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（一1）.一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.用数学中的组合知识求解： 二最二四尹.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.（多项选择）如图是氢原子的能级图,群氢原子处于=3能级，以下说法中正确的是（）nEl eV804 _0.8531.5123.411

21、3.6A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2eVC.从=3能级跃迁到=2能级时发出的光波长最长D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁解析：选AC.根据C3=3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确； 由=3跃迁到=1,辐射的光子能量最大，AE=（13.6-1.51）eV=12.09 eV,故B错误； 从=3跃迁到=2辐射的光子能量最小，频率最小，那么波长最长，故C正确；一群处于 =3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误.【题后反思】（1）能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的.（2）能级之

22、间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由初=区一段求得,假设求波长可由公式 c=2v求得.个多维冲关L （2019全国卷I ）（氢原子跃迁）氢原子能级示意图如下图.光子能量在1.63 eV3.10eV的光为可见光.要使处于基态（=1）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（）nE/eN8 04 -0.853 -1.51-3.401 -13.60A. 12.09 eVC. 1.89 eVA. 12.09 eVC. 1.89 eVB. 10.20 eVD. 1.51 eV解析：选A.可见光光子能量范围为l.63eV3.10eV,那么氢原子能级差应该在此范围 内，可简单推算如下

23、：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l.89eV,此值属于可见光光子的能量，符合题意.氢原子处于基态，要使氢原子到达第 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.（谱线条数的计算）处于=3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有 （）A. 1种B. 2种C.3种D4种解析：选C.此题考查的是氢原子能级跃迁的知识，意在考查考生的理解能力.氢原 子能级跃迁辐射光的种类C3=3,故C项正确.3. （2020抚顺模拟）（受激跃迁）（多项选择）如下图，是汞原子的能级

24、图，一个自由电子的总 能量为8.0 eV,与处于基态的汞原子碰撞后（不计汞原子的动量变化），那么电子剩余的能量可 能为（碰撞无能量损失）（）71=4同=-1.6 eVn=3 邑=-2.7 eVn=2/=-5.5 eVn=l Ei=-10.4 eVA. 0.3 eVB. 3.1 eVC. 4.9 eVD. 8.8 eV解析：选AB基态的汞原子从基态跃迁到第2能级，吸收能量为：AE=-5.5 eV+10.4 eV=4.9 eV,那么电子剩余的能量为：Er=8.0 eV-4.9 eV=3.1 eV,基态的汞原子从基态跃迁 至I】第3能级，吸收能量为：E=-2.7 eV+10.4 eV=7.7 eV,

25、那么电子剩余的能量为：？=80 eV-7.7 eV=0.3 eV,故 A、B 项正确，C、D 项错误.考点三 原子核的衰变及半衰期师生互动1. a衰变、0衰变的比拟衰变类型a衰变0衰变衰变方程灯一打Y+3He9X-z4Y+-呢2 .三种射线的成分和性质衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2|H+2An-!HeJn-1H+-?e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒名称构成符号电荷量质量电离作用穿透能力a射线氮核!He+2e4 u最强最弱0射线电子-?ee1836 u较强较强丫射线光子Y00最弱最强3 .衰变次数的计算方法假设。Xf 9；Y+2He+/n

26、Ye那么 A=A+4，Z=Zr+2nm解以上两式即可求出血和.4.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=，余=机原.式中N原、m原表不 衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、机余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，表示衰变时间，下表示半衰期.（2020梅州一模）（多项选择）关于天然放射现象，以下表达正确的选项是（A.假设使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B. 0衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C.在a、0、丫这三种射线中，了射线的穿透能力最强，a射线的电离能

27、力最强D.铀核（赞U）衰变为铅核（触Pb）的过程中，要经过8次a衰变和6次0衰变解析：选CD.半衰期的时间与元素的物理状态无关，假设使某放射性物质的温度升高， 其半衰期不变，故A错误；0衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的， 故B错误；在a、0、丫这三种射线中，y射线的穿透能力最强，a射线的电离能力最强，故 C正确；铀核（受U）衰变为铅核（讲Pb）的过程中，每经过一次a衰变质子数少2,质量数少4; 而每经过一次0衰变质子数增加1,质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，可知要经过8 次a衰变和6次0衰变，故D正确.个多维冲关L （2020山西五校四联X对天然放射现象的理解）在很多装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素.以下说法正确的选项是（）