原子结构与原子核

****学校 高三物理 导学案

(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。( )

(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。( ) (3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。( )

(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谱。( ) (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射线发现电子开始的。( )

(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。( ) 突破点(一) 原子的核式结构

1．汤姆孙原子模型

(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，而带负电的电子镶嵌在球内。

2．α粒子散射实验

(1)α粒子散射实验装置

(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”。

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。

(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。

[题点全练]

1．在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略。这是因为与α粒子相比，电子的( )

A ．电量太小

B ．速度太小

C ．体积太小

D ．质量太小

2．[多选]如图所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置。下列关于该实验的描述正确的是(

)

A ．α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成

B ．α粒子的散射实验揭示了原子核有复杂的结构

C ．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后没有发生散射

D ．α粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部结构的信息

3．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α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 、D 四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是( )

A ．放在A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最少

B ．放在B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

C ．放在C 位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少

D ．放在D 位置时，屏上观察不到闪光

突破点(二) 原子能级跃迁规律

1．对氢原子能级图的理解 (1)能级图如图所示。

(2)能级图中相关量意义的说明：

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。 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低

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。 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。 ①用数学中的组合知识求解：N ＝C 2n ＝n (n －1)

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。

****学校 高三物理 导学案

[题点全练]

1．[多选](2019·连云港模拟)如图是氢原子的能级示意图，当氢原子从n ＝5的能级跃迁到n ＝2的能级时，辐射紫色光，光的波长为434 nm 。下列判断正确的是( )

A ．跃迁过程中电子的轨道是连续变小的

B ．氢原子从n ＝5能级跃迁到n ＝3能级时，辐射光的波长大于434 nm

C ．辐射的紫色光能使处于n ＝4能级的氢原子电离

D ．大量处于n ＝5能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射6种不同谱线 2．(2018·宿迁期末)如图所示为氢原子的能级图，n 为量子数，电子处在n ＝3轨道上比处在n ＝2轨道上离氢核的距离________ (选填“近”或“远”)。若氢原子由n ＝3能级跃迁到n ＝2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，该金属的逸出功是________eV ；一群氢原子从n ＝4能级跃迁到基态形成的谱线中有________种频率的光照射该金属不能发生光电效应。

3．(2019·盐城一模)氦原子的一个核外电子被电离，形成类氢结构的氦离子。如图所示是氦离子能级的示意图。现有氦离子从n ＝4能级跃迁到n ＝________能级辐射出的光子能量为10.2 eV ；用该光照射逸出功为2.29 eV 的金属钠，光电子产生的最大初动能为________ eV 。

突破点(三) 原子核的衰变规律

1．放射性元素

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，都能自发地放出射线，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。

2．三种射线的比较

3．α衰变、β衰变的比较

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，设放射性元素A

Z X 经过n 次α

衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则表示该核反应的方程为A Z X →A ′Z ′Y ＋n 4

2He

＋m 0－1e 。根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程

A ＝A ′＋4n Z ＝Z ′＋2n －m 由以上两式联立解得n ＝

A －A ′4，m ＝A －A ′

2

＋Z ′－Z 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。