2023届高考物理统考版一轮学案-12.2原子结构　原子核.docx

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1、第2讲原子结构原子核必备知识自主排查一、原子结构、光谱和能级跃迁1原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家_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：19091911年，英国物理学家_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_方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，极少数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：在原子中心有一个很小的核，原子全部的_和几乎全部_都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转2光谱(1)光谱用棱镜或光栅可以把各种颜色的光按波长(频率)展开，获得光的_(频

2、率)和强度分布的记录，即光谱(2)光谱分类有些光谱是一条条的_，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱，又叫原子的特征谱线有的光谱是连在一起的_，叫作连续谱(3)氢原子光谱的实验规律1885年，巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长满足公式1_(n3，4，5，)，R叫作里德伯常量，实验测得的值为R1.10107m1.这个公式称为巴耳末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末系3氢原子的能级跃迁(1)玻尔理论轨道量子化与定态：电子的轨道是_的电子在这些轨道上绕核的运动是_的，不产生电磁辐射因此，原子的能量也只能取一系列_的值，这些量子化的能量值叫作_原子中这些具有确定能量的稳

3、定状态，称为定态能量最低的状态叫作_，其他的状态叫作_频率条件：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，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h_(m0(13.6 eV)13.6 eV.激发态电离态：E吸0En|En|若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能3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的两种求解方法用数学中的组合知识求解：NCn2n(n-1)2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，然后相加例1 2022永州一模如图所示为氢原子的能级图，用

4、某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只辐射出三种不同频率的光a、b、c，频率abc，下列说法正确的是()A照射氢原子的光子能量为12.75 eVB从n3能级跃迁到n2能级辐射出的光频率为aC从n3能级跃迁到n1能级辐射出的光频率为cD光a能使逸出功为10.2 eV的某金属发生光电效应跟进训练1.下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是()A图甲：光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B图乙：铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应C图丙：氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的D图丁：卢瑟福通过粒子散射实验，提出原子核均匀分布在原子内的结

5、构模型2如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图已知谱线b是氢原子从n5能级直接跃迁到n2能级时发出的光谱线，则谱线a可能是氢原子()A从n2的能级跃迁到n1的能级时发出的光谱线B从n3的能级直接跃迁到n1的能级时发出的光谱线C从n4的能级直接跃迁到n1的能级时发出的光谱线D从n4的能级直接跃迁到n2的能级时发出的光谱线考点二原子核的衰变、半衰期1确定衰变次数的方法：(1)设放射性元素ZAX经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素ZAY，则表示该核反应的方程为ZAXZAYn21Hem-10e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A+4nZ=Z+2n-m(2)因为衰变对质量数无影响，

6、先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数2衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程ZAXZ-2A-4Y24HeZAXZ+1AY-10e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211H201n24He01n11H-10e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒例22021全国甲卷，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解题心得：命题分析试题情境属于基础性题目，以、衰变为素材创设学习探索问题情境必备知识考查衰变方程、衰变规律等知识

7、关键能力考查理解能力、推理能力利用、衰变规律判断放射电子的总个数学科素养考查物理观念中的物质观、科学思维要求考生利用电荷数守恒和质量数守恒分析判断解决问题跟进训练3.2021湖南卷，1核废料具有很强的放射性，需要妥善处理下列说法正确的是()A放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害42021河北卷，1银河系中存在大量的铝同位素26Al.26Al核衰变的衰变方程为1326A11226Mg10e，测得26Al核的半衰期为72万年下列说法

8、正确的是()A26Al核的质量等于26Mg核的质量B26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年以后全部衰变为26Mg考点三核反应类型与核反应方程核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92238U90234Th24He衰变自发90234Th91234Pa-10e人工转变人工控制714N24He817O11H(卢瑟福发现质子)24He49Be612C01n(查德威克发现中子)1327A124He1530P01n(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)1530P1430Si10

9、e重核裂变比较容易进行人工控制92235U01n56144Ba3689Kr301n92235U01n54136Xe3890Sr1001n轻核聚变很难控制12H13H24He01n例3 2021浙江6月，14(多选)对四个核反应方程(1)92238U90234Tn24He；(2) 90234Tn91234Pa-10e；(3)714N24He817O11H；(4)12H13H24He01n17.6 MeV，下列说法正确的是()A(1)(2)式核反应没有释放能量B(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程C(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程D利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一跟进

10、训练5.(多选)在研究原子核的内部结构时，科学家进行了一系列的核反应实验下列选项中说法正确的是()1530P1430Si10e12H13H24He01n17.6 MeV24He49Be612C01n92235U01n54140Xe3894Srx01nA是发现磷的同位素的核反应方程B是太阳内部核反应和氢弹的核反应方程C是轻核聚变的核反应方程D是重核裂变的核反应方程，其中x36(多选)新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型铀裂变核反应方程为92235UZAn56144Ba3689KrRZAn，其中n

11、表示中子裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”下列说法正确的有()A从铀裂变核反应方程看，“传染系数”R2B核反应堆中通过镉板吸收中子降低“传染系数”C链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为1D核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关 考点四核能及其计算1核能的计算方法：(1)根据Emc2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)根据Em931.5 MeV计算因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”2应用规律：例4 2022苏州一模一个静止的铀核92232U (质量为232

12、.037 2 u)放出一个粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核90228Th (质量为228.028 7 u).已知1 u相当于931 MeV的能量下列说法正确的是()A该核衰变反应方程为92232U90228Th24HeB该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeVC该反应产生的钍核和粒子的动量相同D假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017 MeV跟进训练7.(多选)2021年1月30日，“华龙一号”全球首堆福建福清核电5号机组投入商业运行这是中国核电发展的重大跨越，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列，成为继美国、法国、俄罗斯等国家之后

13、真正掌握自主三代核电技术的国家“华龙一号”运用了先进的百万千瓦级压水堆核电技术，设某核反应方程为92235U01n56144Ba3689Kr301n，其中92235U、56144Ba、3689Kr、01n的质量分别为m1、m2、m3、m4，光速为c.下列说法正确的是 ()A此核反应为核聚变反应B56144Ba及3689Kr的比结合能小于92235U的比结合能C一次核反应释放的核能为E(m1m2m32m4)c2D核燃料需达到临界体积才能发生链式反应8(多选)太阳辐射的总功率约为41026 W，其辐射的能量来自聚变反应在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(

14、12H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(13H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(24He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量下列说法正确的是()AX粒子是质子BX粒子的质量为939.6 MeV/c2C太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4109 kgD太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2第2讲原子结构原子核必备知识自主排查一、1(1)J.J.汤姆孙电子(2)卢瑟福原来的(3)正电荷质量2(1)波长(2)亮线光带(3)R122-1n23(1)量子化稳定特定能级基态激发态EnEm二、1(1)自发贝可勒尔原子核(2)天然人工示踪原

15、子2e24He2e最强较差电子e较弱0最强3(1)核子(2)中性原子的核外电子数核子数(3)质量数4(1)粒子电荷数质量数24He-10e(2)半数内部没有三、1(1)核子2(1)mc2(2)mc2(3)mc2四、1(1)大小(2)释放出中子(3) 01n(4)中子(5)链式反应(6)原子弹(7)镉棒2(1)较大热核科学情境1(1)(2)(3)(4)(5)教材拓展2(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)3解析：汤姆孙发现了电子，标志着原子结构研究的开始，卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子的核式结构，而天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故B错误；为了解释粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结

16、构模型：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，故A正确，C错误；实验现象不能说明电子的运动规律，故D错误答案：A4解析：本题考查元素的衰变和质能方程根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒得X的电荷数为94292，质量数为2394235，则中子数为23592143，故A正确；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，故B错误；衰变发出的射线是频率很高的电磁波，具有很强的穿透能力，故C正确；在衰变的过程中，根据质能方程知，有能量放出，则一定有质量亏损，故D错误答案：AC5解析：A、B所列反应是核聚变，不是衰变，衰变要放出电子，故A对，B错；C、D两种反应

17、都是核裂变，故C对，D错答案：AC关键能力分层突破例1解析：根据公式Cn23，可知n3，因此受到激发后的氢原子处于第n3能级；根据氢原子由n3跃迁到n1产生的光子能量与从n1跃迁到n3所吸收的光子能量相等可知，照射氢原子的光子能量为：E31E3E11.51 eV(13.6 eV)12.09 eV，故A错误；频率大小关系为abc，从n3跃迁到n2辐射出的能量最小，即其对应的光频率为c，故B错误；氢原子由n3跃迁到n1产生的光的能量最大，辐射出的光频率为a，故C错误；氢原子由n3跃迁到n1产生的光的能量为12.09 eV，依据光电效应方程，所以能使逸出功为10.2 eV的金属发生光电效应，故D正确

18、答案：D1解析：图甲的光电效应中，由爱因斯坦的光电效应方程可知EkhW0，说明光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不成正比，选项A错误；图乙中，铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应，选项B正确；图丙中，氢原子能级是分立的，原子发射光子的频率也是不连续的，选项C错误；图丁中，卢瑟福通过粒子散射实验，提出的是原子的核式结构模型，选项D错误答案：B2解析：由谱线a的光子的波长大于谱线b的光子的波长，可知谱线a的光子频率小于谱线b的光子频率，所以谱线a的光子能量小于n5和n2间的能级差，选项D正确，选项A、B、C错误答案：D例2解析：根据图象可得其原子核分别为92238X、（82

19、206Y，设经历衰变x次，衰变y次，由于衰变不会改变原子核的质量数，则可根据衰变前后质量数的变化求解衰变的次数，即x238-20648，根据电荷数守恒求衰变的次数，即y822x926，而只有衰变才放出电子，故衰变6次，放出6个电子，故选项B、C、D错误，选项A正确答案：A3解析：根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩原来的14未衰变，A错误；原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，B错误；放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，因此改变压力、温度或浓度，放射性元素的半衰期不变，C错误；过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，若辐射强度在

20、安全剂量内则不会对人体组织造成伤害，D正确答案：D4解析：26Al发生衰变的过程中释放正电子的同时还有核能释放，发生质量亏损，所以26Al核的质量大于26Mg核的质量，故A错误；26Al核的中子数n1261313，而26Mg核的中子数n2261214，所以26Al核的中子数小于26Mg核的中子数，故B错误；半衰期是原子核固有的属性，与物理环境和化学状态无关，故C正确；铝同位素26Al的半衰期为72万年，所以经过144万年也就是两个半衰期后还剩下14没有衰变，故D错误答案：C例3解析：(1)为衰变，(2)为衰变，衰变过程同时释放能量，A错误；(3)是卢瑟福用粒子轰击氮原子核产生氧的一种同位素，是

21、人类第一次原子核的人工转变，而核衰变是原子核自发产生的变化，B错误，C正确；(4)为核聚变反应方程，可控核聚变是人类正在尝试的技术之一，D正确答案：CD5解析：1530P1430 Si10e是磷的衰变方程，自然界没有天然的1530P，它是约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现的，属于人工放射性同位素，核反应方程是24He+2713Al1530P01n，选项A错误；太阳内部核反应和氢弹的核反应方程是12H+13H24 He01n17.6 MeV，选项B正确；两个轻核结合成质量较大的核是核聚变反应，故是轻核的聚变，选项C正确；根据核反应方程遵循质量数守恒可知235114094x，解得x2，选项D错误答

22、案：BC6解析：中子的电荷数Z0，质量数A1，核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，因此可计算得R3，故A错误；核反应堆中通过镉板吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，所以B正确；在链式反应中，当实际“传染系数”R1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”R1时，反应将趋于停滞，即R1是链式反应持续下去的临界值，故C正确；核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”，所以D错误答案：BC例4解析：由题意可知，该核衰变反应方程为UThHe，选项A正确；质量亏损m0.005 9 u，释放出的核能Em931 MeV0.005

23、 9931 MeV5.49 MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和粒子的动量大小相等、方向相反，即pThp，EkTh，Ek，EkThEkE，所以钍核获得的动能EkThE5.49 MeV0.095 MeV，选项C、D错误答案：A7解析：“华龙一号”压水堆核电技术利用的是核裂变反应，目前核聚变技术还不成熟，没有投入商用，A错误. 56144Ba及3689Kr是中等质量的核，其比结合能均大于重核92235U的比结合能，B错误根据爱因斯坦质能方程，可知一次核反应释放的核能为E(m1m2m32m4)c2，C正确原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，裂变反应时，核燃料需达到临界体积才能使中子有足够大的概率打中某个铀核，才能发生持续的核反应，D正确答案：CD8解析：根据质量数和电荷数守恒可知X粒子是中子，A错误；根据能量守恒可知X粒子的质量对应的能量为939.6 MeV，由Emc2可知X粒子的质量为939.6 MeV/c2，B正确；太阳每秒辐射的能量约为E41026 J，则太阳每秒因为辐射损失的质量约为mEc24.4109 kg，远大于17.6 MeV/c2，C正确，D错误答案：BC