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1、第十二章第十二章 近代物理初步近代物理初步第第2 2講原子和原子核講原子和原子核過好雙基關一、原子物理一、原子物理1.原子的核式結構(1)19091911年，英籍物理學家 進行了粒子散射實驗，提出了核式結構模型.(2)粒子散射實驗的結果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有 粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”，如圖1所示.圖1盧瑟福少數(shù)(3)原子的核式結構模型：原子中帶正電部分的體積 ，但幾乎占有全部 ，電子在正電體的外面運動.很小質量2.氫原子光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的(頻率)和強度分布的記錄

2、，即光譜.(2)光譜分類波長連續(xù)吸收特征(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的 可以用來鑒別物質和確定物質的組成成分，且靈敏度很高.在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義.特征譜線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：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為h的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即h .(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(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 ，因此電子的可能軌道也是 .不連續(xù)穩(wěn)

3、定EmEn不連續(xù)的不連續(xù)的4.氫原子的能量和能級變遷(1)能級和半徑公式：能級公式：En (n1,2,3，)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1 eV.半徑公式：rn (n1,2,3，)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r10.531010 m.13.6n2r1(2)氫原子的能級圖，如圖2所示圖2答案自測自測1(多選)如圖3所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是A.放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃 光次數(shù)最多B.放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C

4、.放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D.放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少圖3解析解析解析根據(jù)粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)粒子沿原方向前進，少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉，A、B、D正確.答案自測自測2一個氫原子從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，能量減少二、天然放射現(xiàn)象和原子核二、天然放射現(xiàn)象和原子核1.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 發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有 的結構.(2)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

5、相同.應用：消除靜電、工業(yè)探傷、做 等.防護：防止放射性對人體組織的傷害.自發(fā)貝可勒爾復雜天然人工示蹤原子2.原子核的組成(1)原子核由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為 .質子帶正電，中子不帶電.(2)基本關系核電荷數(shù)(Z)質子數(shù)元素的原子序數(shù) .質量數(shù)(A) 質子數(shù)中子數(shù).(3)X元素的原子核的符號為 X，其中A表示 ，Z表示核電荷數(shù).核子核外電子數(shù)核子數(shù)質量數(shù)3.原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變原子核放出粒子或粒子，變成另一種 的變化稱為原子核的衰變.分類原子核當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時伴隨著輻射.(2)半衰期定義：放射性元素的原子核有 發(fā)生

6、衰變所需的時間.影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核 自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系.(3)公式：N余N原 ，m余m原 .半數(shù)內(nèi)部1( )2t1( )2t4.核力和核能(1)原子核內(nèi)部， 所特有的相互作用力.(2)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損m，其對應的能量E .(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加m，吸收的能量為E .核子間mc2mc2答案自測自測3(2015福建理綜30(1)下列有關原子結構和原子核的認識，其中正確的是A.射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D.

7、 Bi的半衰期是5天，100克 Bi經(jīng)過10天后還剩下50克解析解析解析射線是高速電子流，而射線是一種電磁波，選項A錯誤.氫原子輻射光子后，繞核運動的電子距核更近，動能增大，選項B正確.太陽輻射能量的主要來源是太陽內(nèi)部氫核的聚變，選項C錯誤.1( )2t研透命題點命題點一玻爾理論和能級躍遷基礎考點自主悟透基礎考點自主悟透2.電離電離電離態(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.激發(fā)態(tài)電離態(tài)：E吸0En|En|.若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能.例例1(多選)(2017江西南昌檢測)如圖4所示是氫原子的能級圖，現(xiàn)有大量處于n3激發(fā)態(tài)的氫

8、原子向低能級躍遷，所輻射的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應.以下判斷正確的是A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n3躍遷到基態(tài)時 輻射的光子B.若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n3躍遷到低能級，可輻射出3種頻率的光子C.若氫原子從激發(fā)態(tài)n4躍遷到基態(tài)，輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn) 生光電效應D.若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n4躍遷到低能級，則會有3種光子使該金屬產(chǎn) 生光電效應圖4答案變式變式1(多選)如圖5是氫原子的能級圖，一群氫原子處于n3能級，下列說法中正確的是A.這群氫原子躍遷時能夠發(fā)出3種不同頻率的波B.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2 eVC.從n3能級躍遷到n2能級時發(fā)出的光波長最長D.這群氫

9、原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能 級躍遷答案解析圖5由n3躍遷到n1，輻射的光子能量最大，E(13.61.51) eV12.09 eV，故B錯誤；從n3躍遷到n2輻射的光子能量最小，頻率最小，則波長最長，故C正確；一群處于n3能級的氫原子發(fā)生躍遷，吸收的能量必須等于兩能級的能級差，故D錯誤.1.衰變規(guī)律及實質衰變規(guī)律及實質(1)衰變、衰變的比較 命題點二原子核的衰變及半衰期能力考點師生共研能力考點師生共研衰變類型衰變衰變衰變過程衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出1個中子轉化為1個質子和1個電子勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒、動量守恒(2)射線：射線經(jīng)常伴隨著衰變

10、或衰變同時產(chǎn)生.其實質是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.2.確定衰變次數(shù)的方法確定衰變次數(shù)的方法因為衰變對質量數(shù)無影響，所以先由質量數(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).3.半衰期半衰期(1)公式：N余N原 ，m余m原 .(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關.1( )2t1( )2t例例2(2017全國卷15)一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為 ，下列說法正確的是A.衰變后釷核的動能等于粒子的動能B

11、.衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間D.衰變后粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量答案解析解析解析靜止的鈾核在衰變過程中，滿足動量守恒的條件，根據(jù)動量守恒定律得pThp0，即釷核的動量和粒子的動量大小相等，方向相反，選項B正確；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個粒子不適用，選項C錯誤；鈾核在衰變過程中，伴隨著一定的能量放出，即衰變過程中有一定的質量虧損，故衰變后粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量，選項D錯誤.變式變式2(2017湖南長沙三月模擬)一個靜止的鈾核，放在勻強磁場中，它發(fā)生一次衰變后變?yōu)殁Q核，粒子和釷核都在勻強磁場中做勻速圓周

12、運動.某同學作出如圖6所示運動徑跡示意圖，以下判斷正確的是A.1是粒子的徑跡，2是釷核的徑跡B.1是釷核的徑跡，2是粒子的徑跡C.3是粒子的徑跡，4是釷核的徑跡D.3是釷核的徑跡，4是粒子的徑跡答案解析圖6變式變式3(2017山西五校四聯(lián))在很多裝飾材料中，都不同程度地含有放射性元素.下列說法正確的是A.射線、射線和射線都是電磁波B.在、三種射線中，射線的電離能力最強C.氡的半衰期為3.8天，4個氡原子核經(jīng)過7.6天后一定只剩下1個氡原子核D.放射性元素發(fā)生衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉化為質子時 產(chǎn)生的答案解析在、三種射線中，射線的電離能力最強，射線的電離能力最弱，B項錯誤.半衰期是對

13、大量原子核的衰變行為作出的統(tǒng)計規(guī)律，對于少數(shù)原子核無意義，C項錯誤.1.核反應的四種類型核反應的四種類型 命題點三核反應及核反應類型基礎考點自主悟透基礎考點自主悟透(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“”表示反應方向.(3)核反應過程中質量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.例例3(1)關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有_.答案解析解析解析A為衰變，B為原子核的人工轉變，C為輕核聚變，D為衰變，故只有D正確.(2)現(xiàn)有四個核反應：答案解析_是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程，_是研究原子彈的基本核反應方程，_是研究氫

14、彈的基本核反應方程.DBA解析解析D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程；B是研究原子彈的基本核反應方程；A是研究氫彈的基本核反應方程；C是一種衰變反應.答案解析B項中X的質量數(shù)為_，中子數(shù)為_.解析解析X的質量數(shù)為(2351)(893)144X的質子數(shù)為923656X的中子數(shù)為1445688.14488解析解析X的質量數(shù)為(2351)(893)144X的質子數(shù)為923656X的中子數(shù)為1445688.變式變式4(2017天津理綜1)如圖7所示，我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻.下列核反應方程中屬于聚變反應的是答案解析圖7答案解

15、析B.核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C.核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒D.核反應前后核子數(shù)相等，所以生成物的質量等于反應物的質量之和核反應過程中釋放的核力遠遠大于外力，故系統(tǒng)動量守恒，B正確；核反應過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；由于反應過程中，要釋放大量的能量，伴隨著質量虧損，所以生成物的質量小于反應物的質量之和，D錯誤.答案解析變式變式6(2016全國卷35(1)在下列描述核過程的方程中，屬于衰變的是_，屬于衰變的是_，屬于裂變的是_，屬于聚變的是_.(填正確答案標號)CABEF1.利用質能方程計算核能利用質能方程計算核能(1)根據(jù)核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質量虧損m.(2)根據(jù)愛因斯坦質能

16、方程Emc2計算核能.質能方程Emc2中m的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則E的單位為“J”.(3)Emc2中，若m的單位用“u”，則可直接利用Em931.5 MeV計算E，此時E的單位為“MeV”，即1 u1.660 61027 kg，相當于931.5 MeV，這個結論可在計算中直接應用. 命題點四質量虧損及核能的計算能力考點師生共研能力考點師生共研2.利用比結合能計算核能利用比結合能計算核能原子核的結合能核子的比結合能核子數(shù).核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能.答案解析解析解析根據(jù)質能方程，釋放的核能Em

17、c2，m2mHmHemn0.003 5 u，則E0.003 5931 MeV3.258 5 MeV3.3 MeV，故B正確，A、C、D錯誤.例例5(多選)原子核的比結合能曲線如圖8所示.根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有答案解析圖8變式變式7用放射源釙放出的射線轟擊鈹 Be時，能放出一種穿透力極強的中性射線，這就是所謂的鈹“輻射”.1932年，英國物理學家查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氮(氫和氮可視為靜止)，測得照射后沿鈹“輻射”方向高速運動的氫核和氮核的速度之比為71.查德威克假設鈹“輻射”是由一種質量不為零的中性粒子構成的，從而通過上述實驗在歷史上首次發(fā)現(xiàn)了中子，為人類確定原子核的結構

18、做出了重要貢獻.若已知粒子的質量為4.001 509 u，中子的質量為1.008 665 u，鈹核的質量為9.012 19 u，碳核的質量為12.000 00 u，試確定核反應中所釋放的核能為多少？答案答案4.7 MeV答案解析變式變式8已知氘核的比結合能為1.1 MeV，氦核的比結合能為7.1 MeV，則兩個氘核結合成一個氦核時A.釋放出4.9 MeV的能量B.釋放出6.0 MeV的能量C.釋放出24.0 MeV的能量D.吸收4.9 MeV的能量答案解析課時作業(yè)1.(多選)下列說法正確的是A.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子的核式結構B.一群處于n3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時能發(fā)出最多3種不

19、同頻 率的光C.放射性元素發(fā)生一次衰變，原子序數(shù)增加1D. U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短答案12345678910111213雙基鞏固練雙基鞏固練142.在盧瑟福粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看做靜止不動，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，其中正確的是答案解析12345678910111213141234567891011121314解析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；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應指向粒子所受力的方向，B錯，C對.3.下列說法正確的是

20、A. 是一種核裂變反應B.核反應堆產(chǎn)生的能量一定來自輕核聚變C.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應D.盧瑟福為解釋粒子散射實驗現(xiàn)象提出了原子核式結構學說答案12345678910111213144.關于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是A.若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將變大B.衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質子轉變?yōu)橹凶訒r產(chǎn)生的C.在、這三種射線中，射線的穿透能力最強，射線的電離能力最強D.鈾核( U)衰變?yōu)殂U核( Pb)的過程中，要經(jīng)過8次衰變和6次衰變答案12345678910111213145.(多選)下列說法正確的是A.天然放射性現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜的結構B.粒子散射實驗

21、說明原子核內(nèi)部具有復雜的結構C.原子核發(fā)生衰變生成的新核原子序數(shù)增加D.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到 基態(tài)輻射出的光子的波長答案1234567891011121314解析解析解析天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復雜的結構，A正確.粒子散射實驗說明原子具有核式結構，B錯誤.根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知，衰變放出了一個電子，新核的電荷數(shù)增加1，即原子序數(shù)增加，C正確.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的能量，故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長，D錯誤.1234567891011

22、1213146.(多選)(2014新課標全國卷35(1)改編)關于天然放射性，下列說法正確的是A.所有元素都可能發(fā)生衰變B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D.、和三種射線中，射線的穿透能力最強答案12345678910111213解析14解析解析自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象，選項A錯誤；放射性元素的半衰期只與原子核結構有關，與其他因素無關，選項B、C正確；、和三種射線電離能力依次減弱，穿透能力依次增強，選項D正確.7.(2017天津和平質量調(diào)查)下列說法正確的是A.盧瑟福用粒子轟擊 N核獲得反沖核 O發(fā)現(xiàn)了質子B.普朗克通過對光電效應現(xiàn)象

23、的分析提出了光子說C.玻爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究提出了氫原子能級理論D.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子從而提出了原子的核式結構模型答案解析1234567891011121314解析解析光子說是愛因斯坦提出的，B錯誤.玻爾通過對氫原子光譜的成因的研究提出了氫原子能級理論，C項錯誤.盧瑟福通過粒子的散射實驗，提出了原子的核式結構模型，D項錯誤.答案解析123456789101112131412345678910111213解析解析原子核衰變時質量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，2354m207,92822mn，兩式聯(lián)立解得：m7，n4，A項錯誤.14半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，與溫度和壓強無關，D項錯誤.答案解析12

24、34567891011121314綜合提升練綜合提升練解析解析根據(jù)核反應方程質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷出X為 e，所以此反應為衰變，A正確；1234567891011121314利用半衰期公式m余 m原，解得m余2 g，則D錯誤.1( )2t10.用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為1、2和3的三條譜線，且321，則A.01 B.321C.0123 D.答案123456789101112131411.處于激發(fā)狀態(tài)的原子，在入射光的電磁場的影響下，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射.原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)

25、出的光子頻率、發(fā)射方向等都跟入射光子完全一樣，這樣使光得到加強，這就是激光產(chǎn)生的機理.那么，發(fā)生受激輻射時，產(chǎn)生激光的原子的總能量E、電勢能Ep、電子動能Ek的變化情況是A.Ep增大、Ek減小，E減小 B.Ep減小、Ek增大，E減小C.Ep增大、Ek增大，E增大 D.Ep減小、Ek增大，E不變12345678910111213答案1412.(多選)以下有關近代物理內(nèi)容的若干敘述，正確的是A.紫外線照射到金屬鋅板表面時能發(fā)生光電效應，則當增大紫外線的照 射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B.玻爾認為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的C.光子不僅具有能量，也具有動量D

26、.根據(jù)玻爾能級理論，氫原子輻射出一個光子后，將由高能級向較低能 級躍遷，核外電子的動能增加答案123456789101112131413.(2017河南六市一聯(lián))以下說法正確的是A.氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的 動能減小，原子電勢能增大，原子能量減小B.紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠產(chǎn)生光電效應，則當增大紫外線的 照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的個數(shù)增多，光電子的最大初 動能增大C.氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同的頻率的 光，但它的光譜不是連續(xù)譜D.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核有復雜的結構，陰極射線是原子核 內(nèi)的中子轉變?yōu)橘|子時產(chǎn)生的

27、高速電子流12345678910111213答案解析1412345678910111213解析解析氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，原子電勢能增大，原子能量增大，A項錯誤.由EkhW0可知，只增加光照強度而不改變光的頻率，光電子的最大初動能不變，B項錯誤.原子核內(nèi)的中子轉變?yōu)橘|子時產(chǎn)生的高速電子流是射線，不是陰極射線，D項錯誤.1414.用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核( Li)，發(fā)生核反應后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向與中子的初速度方向相反，氚核與粒子的速度之比為78，中子的質量為m，質子的質量可近似看做m，光速為c.(1)寫出核反應方程.答案解析1234567891011121314(2)求氚核與粒子的速度大小.1234567891011121314解析解析設中子的初速度方向為正方向，由動量守恒定律得mv3mv14mv2由題意得v1v278答案解析(3)若核反應過程中放出的核能全部轉化為粒子和氚核的動能，求出質量虧損.答案解析123456789101112131412345678910111213解析解析氚核和粒子的動能之和為14釋放的核能為由愛因斯坦質能方程得，質量虧損為