第十三章第3节 原子结构与原子核

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第3节
原子结构与原子核
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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(n－1)。 (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。 nn－1 2 ①用数学中的组合知识求解：N＝Cn＝ 。 2 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。
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3．α 衰变、β 衰变的比较
衰变类型
α衰变
A A－4 4 X → Z Z－2 Y＋2He
β衰变
A A 0 X → Y ＋ ＋ － Z Z 1 1e
衰变方程
2个质子和2个中子结合
1个中子转化为1个质 子和1个电子
A 性元素A X 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后， 变成稳定的新元素 Z Z′
′ ′
A 4 0 Y，则表示该核反应的方程为A Z X→Z′ Y＋n2He＋m－1e。根据质量
数守恒和电荷数守恒可列方程 A＝A′＋4n Z＝Z′＋2n－m
A－A′ A－A′ 由以上两式联立解得 n＝ ，m＝ ＋Z′－Z 4 2 由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组。 方法二：因为 β 衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变 确定 α 衰变的次数，然后根据衰变规律确定 β 衰变的次数。
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射线发现电子开始的。
(×) (× )
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要点一
1．汤姆孙原子模型
原子的核式结构
(1)电子的发现： 1897 年， 英国物理学家汤姆孙通过对阴极 射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。 (2)汤姆孙原子模型： 原子里面带正电荷的物质均匀分布在 整个原子球体中，而带负电的电子则一粒粒镶嵌在球内。
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2． (2015· 安徽高考)如图 1332 所示是 α 粒子(氦原子核)被重金 属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q 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 α 粒子在各点处的加速度方向正确的是 ( )
图 1332 A． M 点 C． P 点
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[多角练通] 1．(2016· 通化二模)下列能揭示原子具有核式结构的是 ( A．α 粒子散射实验 B．天然放射现象 C．电子的发现 D．氢原子光谱是线状谱
解析
)
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2．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。 ΔE E高 － E低 光子的频率 ν＝ h ＝ h 。 (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。 ①光照(吸收光子)： 光子的能量必须恰等于能级差 hν＝ΔE。 ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即 可，E 外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
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种类
α射线
β射线 与α射线反向 偏转
γ射线
在电磁场中
偏转
最弱，用 纸能挡住 很强
不偏转
贯穿本领
对空气的电 离作用
较强，能穿透 最强，能穿透 几毫米的铝板 几厘米的铅板 较弱 很弱
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要点二
1．对氢原子能级图的理解
能级跃迁
(1)能级图如图 1334 所示。
图 1334
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(2)能级图中相关量意义的说明：
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A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大 B．该金属的逸出功 W0＝12.75 eV C．用一群处于 n＝3 能级的氢原子向低能级跃迁时所发 出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出 D．氢原子处于 n＝1 能级时，其核外电子在最靠近原子 核的轨道上运动
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(2)原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有 正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在 核外绕核旋转。 (3)核式结构模型的局限性 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释 α 粒子散射 实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。
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A．氢原子从 n＝2 跃迁到 n＝1 的能级时，辐射光的波长 大于 656 nm B．用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n＝1 跃迁 到 n＝2 的能级 C． 一群处于 n＝3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产 生 3 种谱线 D．用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n＝2 跃 迁到 n＝3 的能级
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5．对半衰期的理解 (1)半衰期公式： N 余＝N
1 t 原 ，m 2τ
余
＝m
1 t 原 。 2τ
(2)半衰期的物理意义： 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射 性元素具有的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同， 有的差别很大。 (3)半衰期的适用条件： 半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的 总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。
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(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。 (3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。 谱。
(√) (√ )
(2)核式结构学说是卢瑟福在 α 粒子散射实验的基础上提出的。(√ ) (4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光 (× ) (5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。(× ) (6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极 (√ ) (7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。(×) (8)如果某放射性元素的原子核有 100 个，经过一个半衰期后还剩 50 个。 (9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。
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2．α 粒子散射实验 (1)α 粒子散射实验装置
图 1331 (2)α 粒子散射实验的结果： 绝大多数 α 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进， 但少数 α 粒子穿过金箔后发生 了大角度偏转，极少数 α 粒子甚至被“撞了回来”。
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3．原子的核式结构模型 (1)α 粒子散射实验结果分析 ①核外电子不会使 α 粒子的速度发生明显改变。 ②汤姆孙模型不能解释 α 粒子的大角度散射。 ③绝大多数 α 粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部 分是空的；少数 α 粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部 集中存在着对 α 粒子有斥力的正电荷；极少数 α 粒子甚至被 “撞了回来”，反映了个别 α 粒子正对着质量比 α 粒子大得 多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。
相
关
量
意
义
能级图中的横线 横线左端的数字 “1,2,3„” 横线右端的数字“－ 13.6，－3.4„” 相邻横线间的距离 带箭头的竖线
表示氢原子可能的能量状态——定态 表示量子数 表示氢原子的能量
表示相邻的能量差，量子数越大相邻 的能量差越小，距离越小
表示原子由较高能级向较低能级跃迁， 原子跃迁的条件为 hν＝Em－En
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3．(多选)(2016· 汕头一模)氢原子的能级如图 1336 所示。氢 原子从 n＝4 能级直接向 n＝1 能级跃迁所放出的光子，恰 能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是 ( )
图 1336
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[多角练通] 1．(2016· 西安二模)已知氢原子的基态能量为 E，激发态能量 E1 En＝ 2 ，其中 n＝2,3„。用 h 表示普朗克常量，c 表示真 n 空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大 波长为 4hc A．－ 3E1 4hc C．－ E1 2hc B．－ E1 9hc D．－ E1
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(
)
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2．(多选)(2014· 山东高考)氢原子能级如图 1335，当氢原子 从 n＝3 跃迁到 n＝2 的能级时， 辐射光的波长为 656 nm。 以下判断正确的是 ( )
图 1335
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要点三
1．放射性元素
原子核的衰变规律
具有放射性的元素称为放射性元素，原子序数大于或 等于 83 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于 83 的元素，有的也能放出射线，它们放射出来的射线共有 α 射线、β 射线、γ 射线三种。
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[多角练通] 1．(2016· 江阴模拟)下列说法正确的是 ( )
A．氡的半衰期为 3.8 天，若取 4 个氡原子核，经 7.6 天后 就一定剩下 1 个原子核了 B．原子核内的质子转化成一个中子和一个电子，这种转化 产生的电子发射到核外，就是 β 粒子，这就是 β 衰变的 实质 C．光子的能量由光的频率所决定 D． 按照波尔理论， 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁 至较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子 的总能量不变
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2．三种射线的比较
种类 组成 带电荷量 质量 速度
α射线 高速氦核流 2e 4mp，mp＝
β射线 高速电子流 －e
γ射线 光子流(高频电 磁波) 0 静止质量为零 c(光速)
1.67×10－27kg
0.1c
1 1 0 n → H ＋ －1e 0 1
衰变实质 成一个整体射出
1 4 21 H ＋ 2 n → 1 0 2He
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
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4．衰变次数的确定方法 方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射
图 1333
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原子结构与原子核
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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．α 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 α 粒子发生大角度偏转
解析：卢瑟福根据 α 粒子散射实验，提出了原子核式结构 模型，选项 A 正确，B 错误；电子质量太小，对 α 粒子的 影响不大，选项 C 错误；绝大多数 α 粒子穿过金箔后，基 本上仍沿原方向前进，D 错误。 答案：A
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B． N 点 D． Q 点
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3．如图 1333 是卢瑟福的 α 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钋， 它发出的 α 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。下列说法正确的是 ( )