第3講 原子結(jié)構(gòu) 原子核,原子物理知識結(jié)構(gòu),1原子的核式結(jié)構(gòu) (1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家 發(fā)現(xiàn)了電子 (2)粒子散射實驗：19091911年，英國物理學家_和他的助手進行了用粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿_方向前進，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來,氫原子光譜 氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式 (考綱要求 ),湯姆孫,盧瑟福,原來,(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的 和幾乎全部 都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn) 2光譜 (1)光譜 用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的 (頻率)和強度分布的記錄，即光譜,正電荷,質(zhì)量,波長,亮線 或暗線,光帶,3玻爾理論 (1)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 的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量 (2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射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h .(h是普朗克常量，h6.63×1034 J·s),不連續(xù),穩(wěn)定,EmEn,(3)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原子的定態(tài)是 的，因此電子的可能軌道也是 的 4氫原子的能級、能級公式 (1)氫原子的能級 能級圖如圖31所示,不連續(xù),不連續(xù),圖31,判斷正誤，正確的劃“”，錯誤的劃“×” (1)盧瑟福做粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)粒子絕大多數(shù)穿過只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) ( ) (2)粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上 ( ) (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hEn. (4)氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷( ) 答案 (1) (2) (3)× (4)×,1原子核的組成：原子核是由 和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的 2天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象 元素 地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明 具有復雜的結(jié)構(gòu),原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 放射性同位素 (考綱要求 ),質(zhì)子,質(zhì)子數(shù),自發(fā),原子核,(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 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_、 、 (4)放射性同位素的應用與防護 放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同 應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作 等 防護：防止放射性對人體組織的傷害,放射性,放射性,射線,射線,射線,天然,人工,示蹤原子,原子核,原子核,半數(shù),物理,化學狀態(tài),1. 核力 (1)定義： 原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力 (2)特點： 核力是強相互作用的一種表現(xiàn)； 核力是短程力，作用范圍在1.5×1015m之內(nèi)； 每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用,核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損 (考綱要求 ),2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 3比結(jié)合能 (1)定義： 原子核的結(jié)合能與 之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能,釋放,吸收,核子數(shù),(2)特點： 不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越 4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m，這就是質(zhì)量虧損由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能E .,穩(wěn)定,mc2,mc2,裂變反應和聚變反應、裂變反應堆核反應方程 (考綱要求 ),大于等于,3,質(zhì)量較大,熱核反應,2核反應的四種類型,判斷正誤，正確的劃“”，錯誤的劃“×” (1)發(fā)生衰變時，新核的核電荷數(shù)不變 ( ) (2)核力是弱相互作用，作用力很小 ( ) (3)氡的半衰期為3.8天，若取4個氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個原子核了 ( ) (4)核反應遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒 ( ) (5)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 ( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4) (5)×,射線的危害和防護 (考綱要求 ),12013·福建理綜，30(1)在盧瑟福粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是_(填選圖下方的字母),基礎自測,解析 金箔中的原子核與粒子都帶正電，粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯誤；由原子核對粒子的斥力作用，及物體做曲線運動的條件，知曲線軌跡的凹側(cè)應指向受力一方，選項B錯、C對 答案 C,2對于原子光譜，下列說法正確的是 ( ) A原子光譜是不連續(xù)的 B由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的 C各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同 D分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素,解析 原子光譜為線狀譜，選項A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故選項B錯誤，選項C正確；根據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質(zhì)的組成，選項D正確 答案 ACD,3根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是 ( ) A電子繞核運動有加速度，就要向外輻射電磁波 B處于定態(tài)的原子，其電子繞核運動，但它并不向外輻射能量 C原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的 D原子能級躍遷時，輻射或吸收光子的能量取決于兩個軌道的能量差,解析 根據(jù)玻爾理論，電子繞核運動有加速度，但并不向外輻射能量，也不會向外輻射電磁波，故A錯誤，B正確玻爾理論中的第二條假設，就是電子繞核運動可能的軌道半徑是量子化的，不連續(xù)的，C正確原子在發(fā)生能級躍遷時，要放出或吸收一定頻率的光子，光子能量取決于兩個能級之差，故D正確 答案 BCD,4在存放放射性元素時，若把放射性元素置于大量水中；密封于鉛盒中；與輕核元素結(jié)合成化合物則 ( ) A措施可減緩放射性元素衰變 B措施可減緩放射性元素衰變 C措施可減緩放射性元素衰變 D上述措施均無法減緩放射性元素衰變 解析 放射性元素的衰變快慢由其原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，與外界因素無關，所以A、B、C錯誤，D正確 答案 D,5太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近( ) A1036 kg B1018 kg C1013 kg D109 kg,解析 核反應類型分四種，方程特點各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)或粒子聚變方程的左邊是兩個輕核反應，右邊是中等原子核裂變方程的左邊是重核與中子反應，右邊是中等原子核人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項正確 答案 BD,1能級圖中相關量意義的說明,熱點一 氫原子能級及能級躍遷,2. 定態(tài)間的躍遷滿足能級差 n小n大吸收能量 hEn大En小 n大n小放出能量 hEn大En小,3電離 電離態(tài)與電離能 電離態(tài)：n，E0 基態(tài)電離態(tài)：E吸0(13.6 eV)13.6 eV電離能 n2電離態(tài)：E吸0E23.4 eV 如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能,【典例1】2013·江蘇單科，12C(2)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He)的能級圖如圖32所示電子處在n3軌道上比處在n5軌道上離氦核的距離_(選填“近”或“遠”)當大量He處在n4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所發(fā)射的譜線有_條,圖32,答案 近 6,【跟蹤短訓】 1已知金屬鈣的逸出功為2.7 eV，氫原子的能級圖如圖33所示，一群氫原子處于量子數(shù)為n4的能級狀態(tài)，則下列說法中正確的是 ( ),圖33,A氫原子可能輻射6種頻率的光子 B氫原子可能輻射5種頻率的光子 C有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應 D有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應 解析 從n4能級躍遷可能產(chǎn)生的光子為6種；若產(chǎn)生光電效應，則光子的能量需要大于2.7 eV，此時只有第4能級躍遷到第1能級、第3能級躍遷到第1能級、第2能級躍遷到第1能級，這3種頻率的光子能使鈣發(fā)生光電效應 答案 AC,1衰變規(guī)律及實質(zhì) (1)衰變和衰變的比較,熱點二 原子核的衰變及半衰期,(2)射線：射線經(jīng)常是伴隨著衰變或衰變同時產(chǎn)生的 2衰變次數(shù)的確定方法 因為衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù),解析 設原子核衰變過程中發(fā)生了n次衰變，m次衰變，由核衰變規(guī)律及衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒得4n238206,2nm9282，解得n8，m6，故A正確 答案 A,熱點三 核反應方程及核反應類型的判斷,解析 根據(jù)核反應中的質(zhì)量數(shù)守恒可知，ab的質(zhì)量數(shù)應為23512234，質(zhì)子數(shù)應為92，A項中的質(zhì)量數(shù)為14093233，B項中質(zhì)量數(shù)是14192233，C項中質(zhì)量數(shù)為14193234，質(zhì)子數(shù)為563894，D項中質(zhì)量數(shù)為14094234，質(zhì)子數(shù)為543892，綜上可知，答案為D. 答案 D,反思總結(jié) 對書寫核反應方程式的理解 (1)核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭連接并表示反應方向，不能用等號連接 (2)核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應方程 (3)核反應遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應過程中反應前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化 (4)核反應遵循電荷數(shù)守恒,解析 衰變時釋放出電子( 01e)，衰變時釋放出氦原子核(He)，可知選項B、D錯誤；選項A中一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦核并釋放出一個中子是典型的核聚變反應；選項C中一個U 235原子核吸收一個中子，生成一個Ba原子核和一個Kr原子核并釋放出三個中子是核裂變反應，A、C正確 答案 AC,熱點四 質(zhì)量虧損及核能的計算 1核能 (1)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應減少，即Emc2. (2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質(zhì)量增加m，吸收的能量為Emc2.,2核能釋放的兩種途徑的理解 (1)使較重的核分裂成中等大小的核 (2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會增加，都可以釋放能量,反思總結(jié) 解有關核能問題的技巧 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算：Emc2及1 u相當于931.5 MeV. (2)根據(jù)能量守恒和動量守恒計算 (3)在計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應所釋放能量時用阿伏加德羅常數(shù)來計算核能,附：對應高考題組 1(2013·天津理綜，1)下列說法正確的是 ( ) A原子核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律 B射線、射線、射線都是高速運動的帶電粒子流 C氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子 D發(fā)生光電效應時光電子的動能只與入射光的強度有關,解析 原子核發(fā)生衰變時有質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，選項A錯射線是光子流，不是帶電粒子流，選項B錯氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，輻射的光子能量hEmEn，即只能輻射特定頻率的光子，C項正確光電效應的光電子動能EkhW，只與入射光頻率有關，而與入射光強度無關，D項錯誤 答案 C,2(2012·北京理綜，13)一個氫原子從n3能級躍遷到n2能級，該氫原子 ( ) A放出光子，能量增加 B放出光子，能量減少 C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量減少 解析 根據(jù)玻爾原子理論知，氫原子從高能級n3向低能級n2躍遷時，將以光子形式放出能量，放出光子后原子能量減少，故B選項正確 答案 B,3(2012·天津理綜，1)下列說法正確的是 ( ) A采用物理或化學方法可以有效地改變放射性元素的半衰期 B由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子 C從高空對地面進行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透能力 D原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量,解析 放射性元素的半衰期由元素的原子核來決定，與元素以單質(zhì)或化合物的形式存在無關，與壓強、溫度無關，即與化學、物理狀態(tài)無關，故A項錯誤由玻爾理論可知，氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程放出光子，B項正確從高空對地面進行遙感攝影是利用紅外線良好的穿透能力，C項錯誤核子結(jié)合成原子核放出核能，因此核子單獨存在時的總質(zhì)量大于結(jié)合成原子核時核的質(zhì)量，D項錯誤 答案 B,答案 B,解析 射線是氦核流，A錯誤.n表示的是中子，B錯誤由光電效應方程EkmhW知Ekm與成線性關系，C錯誤玻爾的量子化原子模型的實驗基礎一是原子的穩(wěn)定性，二是原子光譜的分立特征，故D正確 答案 D,答案 C,7(2012·四川理綜，17)如圖所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子 ( ),A從n4能級躍遷到n3能級比從n3能級躍遷到n2能級輻射出電磁波的波長長 B從n5能級躍遷到n1能級比從n5能級躍遷到n4能級輻射出電磁波的速度大 C處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 D從高能級向低能級躍遷時，氫原子核一定向外放出能量,解析 因為E4E30.66 eVE3E21.89 eV，根據(jù)c和hEmEn得，從n4能級躍遷到n3能級比從n3能級躍遷到n2能級輻射出電磁波的波長長，選項A正確；電磁波在真空中的傳播速度都相等，與光子的頻率無關，選項B錯誤；氫原子的核外電子處于不同能級時在各處出現(xiàn)的概率是不同的，能級越低，在靠近原子核較近的地方出現(xiàn)概率越大，選項C錯誤；氫原子從高能級躍遷到低能級時，是氫原子核外的電子從高能級躍遷到低能級時向外放出的能量，選項D錯誤 答案 A,8(2012·江蘇，12C)如圖所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是 ( ),答案 C,