高中物理【原子结构和原子核】一轮复习

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六、裂变反应和聚变反应、核反应方程 1．重核裂变 (1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子 核的过程． (2)典型的裂变反应方程： 23952U＋10n→3869Kr＋15464Ba＋310n. (3)链式反应：重核裂变产生的_中__子___使裂变反应一代接一代继续下去的过程． (4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生_链__式__反__应___的最小体积及其相应的质 量．
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三、氢原子的能级、能级公式 1．玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列_不__连__续___的能量状态中，在这些能量状态中原子是 _稳__定___的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量． (2)跃迁：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 hν＝Em－En.(h 是普朗克常量，h＝6.63×10－ 34 J·s) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定 态是__不__连__续__的，因此电子的可能轨道也是_不__连__续___的．
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(2)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_正__电__荷___和几乎 全部__质__量__都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
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二、氢原子光谱 1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强 度分布的记录，即光谱． 2．光谱分类
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考点二 玻尔理论的理解与计算
师生互动
1．两类能级跃迁
(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＝ΔhE＝E高－h E低.
(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.
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2．(人教版选修 3－5·P81·例题)(多选)已知中子的质量是 mn＝1.674 9×10－27 kg，
质子的质量是 mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量是 mD＝3.343 6×10－27 kg，则氘核的
比结合能为( BC )
A．3.51×10－13 J
B．1.10 MeV
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3．(α 粒子散射)如图所示是 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( C )
A．M 点 C．P 点
B．N 点 D．Q 点
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解析：选 C．α 粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向 与 α 粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲 线的凹侧，故只有选项 C 正确．
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2．(α 粒子散射现象)如图是卢瑟福的 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( A )
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
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五、核力和核能 1．核力 原子核内部，_核__子__间___所特有的相互作用力． 2．核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损 Δm，其对应的能量 ΔE＝__Δ__m_c_2___． (2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加 Δm，吸收的能量为 ΔE ＝__Δ_m__c_2___．
连续
吸收
特征
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3．氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝ R212－n12(n＝3，4，5，…，R 是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)．
4．光谱分析：利用每种原子都有自己的_特__征__谱__线___可以用来鉴别物质和确定物质 的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义．
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第 2 讲 原子结构和原子核
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C 必备 知识wenku.baidu.com落实
一、原子结构 1．电子的发现：英国物理学家_汤__姆__孙___发现了电子． 2．原子的核式结构 (1)α 粒子散射实验：1909～1911 年，英国物理学家__卢__瑟__福__和他的助手进行了用 α 粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数 α 粒子穿过金箔后基本上仍沿__原__来__方向前进， 但有少数 α 粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于 90°，也就是说它们几乎被 “撞”了回来．
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2．轻核聚变 (1)定义：两个轻核结合成__质__量__较__大__的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下 进行，因此又叫_热__核__反__应___． (2)典型的聚变反应方程： 21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.
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1．光照引起的跃迁，光子能量必须等于能级差；碰撞引起的跃迁，只需要实物粒 子的动能大于(或等于)能级差．
2．大量处于量子数为 n 的激发态的氢原子向基态跃迁时，可能辐射的光谱线条数 为 N＝C2n＝n(n2－1).
3．半衰期是针对大量原子核而言的，少量原子核不能用半衰期公式求余量． 4．磁场中的衰变：外切圆是 α 衰变，内切圆是 β 衰变，半径与电荷量成反比．
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一、易混易错判断 1．卢瑟福做 α 粒子散射实验时发现 α 粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏 转．( √ ) 2．氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的．( √ ) 3．氢原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为 hν＝ En.( × )
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3．(粤教版选修 3－5·P97·T3)(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的 是( AC)
A．29328U→29304Th＋42He 是 α 衰变 B．147N＋42He→178O＋11H 是 β 衰变 C．21H＋31H→42He＋10n 是轻核聚变 D．8324Se→8326Kr＋20－1e 是重核裂变
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解析：选 AC．α 衰变是原子核自发放射 α 粒子的核衰变过程，α 粒子是电荷数为 2、 质量数为 4 的氦核 He，故 A 正确；原子核自发的放出电子的衰变过程称为 β 衰变，故 B 错误；轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，由此 可知 C 正确；该反应为 β 衰变，故 D 错误．
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2．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示
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(2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式： En＝n12E1(n＝1，2，3，…)，其中 E1 为基态能量，其数值为 E1＝－13.6 eV. ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中 r1 为基态半径，又称玻尔半 径，其数值为 r1＝0.53 ×10－10 m.
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(多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于 n＝3 能级，下列说法中正
确的是( AC )
C 关键 能力 突破
考点一 原子的核式结构
自主学习
解答原子结构问题的三大规律
(1)库仑定律：F＝kqr1q2 2，可以用来确定电子和原子核、α 粒子和原子核间的相互作 用力．
(2)牛顿运动定律和圆周运动规律：可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问
题．
(3)功能关系及能量守恒定律：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
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2．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＝C2n＝n(n2－1). 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．
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解析：选 A．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； 卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，选项 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， 几乎仍沿原方向前进，选项 D 错误．
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四、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1．原子核的组成 原子核是由_质__子___和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的__质__子__数__． 2．天然放射现象 元素_自__发___地放出射线的现象，首先由__贝__克__勒__尔__发现．天然放射现象的发现，说 明原子核具有__复__杂__的结构．
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3．放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素：有_天__然___放射性同位素和__人__工__放射性同位素两类，放射性同位 素的化学性质相同． (2)应用：消除静电、工业探伤、作_示__踪__原__子___等． (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．
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4．原子核的衰变 (1)衰变：原子核放出 α 粒子或 β 粒子，变成另一种_原__子__核___的变化称为__原__子__核__ 的衰变． (2)分类 α 衰变：AZX→AZ－－24Y＋__42_H__e_ 如：29328U→29304Th＋42He. β 衰变：AZX→Z＋A1Y＋___－_01e__ 如：29304Th→29314Pa＋－01e. (3)半衰期：放射性元素的原子核有__半__数__发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内 部的因素决定，跟原子所处的_物__理___、_化__学___状态无关．
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4．(沪科版选修 3－5·P75·T4 改编)已知铋-210 的半衰期是 5.0 天，8 g 铋-210 经 20
天后还剩下( D )
A．1 g
B．0.2 g
C．0.4 g
D．0.5 g
解析：选 D．由公式 m＝m012τt得 m＝8×12250 g＝0.5 g，D 正确.
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围运动时动能、电势能之间的转化问题．
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1．(α 粒子散射实验)(多选)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 四个位置时观察到的现象， 下列说法中正确的是( AD )
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A．放在 A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B．放在 B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比 A 位置时稍少些 C．放在 C、D 位置时，屏上观察不到闪光 D．放在 D 位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 解析：选 AD．根据 α 粒子散射现象，绝大多数 α 粒子沿原方向前进，少数 α 粒子 发生较大偏转，A、D 正确．
C．1.76×10－13 J
D．2.19 MeV
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解析：选 BC．氘核是由 1 个质子、1 个中子构成，其核子与原子核的质量差为： Δm＝mp＋mn－mD 氘核的结合能为 ΔE＝Δmc2 代入数据，解得：ΔE＝2.19 MeV＝3.51×10－13 J 氘核的比结合能为：Δ2E＝1.10 MeV≈1.76×10－13 J 故选 BC．
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4．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．( × ) 5．发生 β 衰变时，新核的核电荷数不变．( × ) 6．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．( √ ) 7．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．( × )
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二、教材习题及改编 1．(粤教版选修 3－5·P97·T2)用哪种方法可以减缓放射性元素的衰变速率( D ) A．把该元素放在低温阴凉处 B．把该元素密封在很厚的铅盒子里 C．把该元素同其他的稳定元素结合成化合物 D．上述各种方法都无法减缓放射性元素的衰变速率 解析：选 D．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关， 故 D 正确．