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1、第2节 原子结构与原子核,基础过关,考点研析,素养提升,基础知识,一、原子的核式结构 1.电子的发现 英国物理学家 发现了电子. 2.粒子散射实验 19091911,英籍物理学家 和他的学生进行了用粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿 的方向前进,但有少数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.,基础过关 紧扣教材自主落实,汤姆孙,卢瑟福,原来,3.卢瑟福的核式结构模型,原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部 ,电子在正电体的 运动,其正电体称为原子核.,质量,外面,二、氢原子光谱 1.光谱 用光栅或棱镜把光按波长展开,获得光的
2、 (频率)和强度分布的记录. 2.光谱分类 (1)线状谱:由一条条的 组成的光谱. (2)连续谱:连在一起的 的光谱.,波长,亮线,光带,(2)氢原子光谱在红外和紫外光区的其他 都满足与巴耳末公式 的关系式. 4.光谱分析 利用每种原子都有自己的 ,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. 三、氢原子的能级结构、能级公式 1.玻尔理论 (1)轨道量子化 电子运行轨道的半径 任意的,即电子的轨道是 的,电子在这些轨道上绕核的转动是 的,不产生电磁辐射. 当电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态.原子在不同的状态中具有 的能量,因此,原子的能
3、量是量子化的.,谱线,类似,特征谱线,不是,量子化,稳定,不同,(2)频率条件 原子中具有确定能量的稳定状态称为定态;能量最低的状态叫做基态;其他的状态叫做激发态. 电子从能量较高的定态轨道(其能量为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量为En)时,会 能量为h的光子,满足h= . 2.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级;如图所示.,放出,Em-En,四、原子核的组成、放射性及衰变 1.组成 原子核是由 和中子组成,原子核的电荷数等于核内的 . 2.放射现象 (1)天然放射现象 放射性元素 地发出射线的现象,说明 具有 的结构.首先由贝可勒尔发现.,-13.6 eV,质子,质子数,自发
4、,原子核,复杂,(2)放射性和放射性元素 物质发射射线的性质叫 ,具有放射性的元素叫 元素. (3)三种射线 放射出的射线是 射线、 射线和 射线. (4)放射性同位素的应用与防护 放射性同位素:有 放射性同位素和 放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同. 应用:消除静电、工业探伤、作 等. 防护:防止放射性对人体组织的伤害.,放射性,放射性,天然,人工,示踪原子,3.原子核的衰变 (1)衰变:原子核放出 或 ,变成另一种原子核的变化.,(3)半衰期:放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的 或 无关.,粒子,粒子,粒子,半数,化学状态,外
5、部条件,五、核力与核能 1.核力 (1)含义:原子核里的 间存在的一种核力,核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核. (2)特点:核力是 的一种表现;核力是短程力,作用范围在1.510-15 m之内;每个核子只跟 的核子发生核力作用. 2.核能 (1)结合能:把构成原子核而结合在一起的 分开所需的能量. (2)质能方程:一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E= .核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其能量也要相应减少,即E= .,核子,强相互作用(强力),邻近,核子,mc2,mc2,3.获得核能的途径 (1)重核裂变 定义:铀核在被中子轰击后分裂成两块 差不多的
6、碎块的这类核反应.,质量,(2)轻核聚变 定义:两个轻核结合成质量 的核的核反应.,较大,(1)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.( ) (2)核式结构学说是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的.( ) (3)玻尔理论成功地解释了原子光谱问题.( ) (4)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.( ) (5)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.( ) (6)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.( ),过关巧练,1.思考判断,2.(多选)氢原子的能级如图所示.氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光
7、子,恰能使某金属产生光电效应,下列判断正确的是( ) 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,BD,解析:氢原子发生跃迁,辐射出光子后,氢原子能量变小,故A错误.氢原子由n=4跃迁到n=1,辐射的光子能量E=13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV,则该金属的逸出功W0=12.75 eV,故B正确;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的能量小于从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放
8、出的光子能量,则不会发生光电效应,故C错误;根据玻尔原子模型可知,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,故D正确.,考点一 氢原子能级及原子跃迁,1.能级图中相关因素的说明,考点研析 核心探究重难突破,(2)受激跃迁:由低能级跃迁到高能级,吸收能量. 光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差 h=E. 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E. 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).,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.,【典例1】
9、 如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠,说法正确的是( ) A.这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短 B.这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最小 C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV,C,解析:一群氢原子处于n=3的激发态,向低能级跃迁时可能放出3种不同频率的光子,从n=3跃迁到n=1辐射的光子频率最大,波长最短,故A,B错误;n=3跃
10、迁到n=1辐射的光子能量最大,为12.09 eV,则光电子的最大初动能Ek=h-W0=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV.故C正确,D错误.,氢原子跃迁问题的两点注意,反思总结,(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的. (2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 h=Em-En求得.若求波长可由公式c=求得.,1.玻尔原子理论(2019湖南长沙模拟)(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( ) A.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的 B.电子在绕原子核做圆周运动时,稳定地产生电磁辐射 C.不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子 吸
11、收 D.氢原子光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,但它的光谱不是连续谱,题组训练,ACD,2.氢原子光谱和能级跃迁(2019福建龙岩模拟)1995年科学家“制成”了反氢原子,它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成.反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷.反氢原子和氢原子有相同的能级分布,氢原子能级如图所示,则下列说法中正确的是( ) A.反氢原子光谱与氢原子光谱不相同 B.基态反氢原子的电离能是13.6 eV C.基态反氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁 D.在反氢原子谱线中,从n=2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长,B,解析:反氢原子和氢原子有相同的能级分布,
12、所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同,故A错误;处于基态的反氢原子的电离能是13.6 eV,具有大于等于13.6 eV能量的光子可以使反氢原子电离,故B正确;基态的反氢原子吸收 11 eV 的光子,能量为-13.6 eV+11 eV=-2.6 eV,不能发生跃迁,所以该光子不能被吸收,故C错误;在反氢原子中处于激发态的反氢原子,从n=2能级跃迁到基态辐射光子能量较大,波长较小,故D错误.,考点二 原子核的衰变 半衰期,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,都能自发地发出射线,原子序数小于83的元素,有的也能放出射线.,2.三种射线的比较,3.衰变、衰变的比较
13、,(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.,B,核心点拨(1)原子核衰变前后系统动量守恒. (2)半衰期是原子核有半数发生衰变的时间,不是一次衰变的时间.,半衰期的三点提醒,误区警示,(1)半衰期是一个统计规律,对少数原子核不适用. (2)原子核有半数发生衰变并不是放射源质量减少一半. (3)半衰期的大小是由原子核内部自身因素决定的,与外部条件无关.,1.三种射线(2019
14、山西太原模拟)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示.两块平行放置的金属板A,B分别与电源的两极a,b连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出.则( ) A.a为电源正极,到达A板的为射线 B.a为电源正极,到达A板的为射线 C.a为电源负极,到达A板的为射线 D.a为电源负极,到达A板的为射线,题组训练,B,2.半衰期公式的应用(多选)14C发生放射性衰变成为 14N,半衰期约5 700年.已知植物存活期间,其体内 14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少.现通过测量得知,某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( ) A.该古木
15、的年代距今约5 700年 B.12C,13C,14C具有相同的中子数 C.14C衰变为14N的过程中放出射线 D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变,AC,考点三 核反应类型与核反应方程,1.核反应的四种类型,(2)核反应过程一般都不是可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接. (3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据质量数守恒、电荷数守恒凭空杜撰出生成物来写核反应方程.,答案:C AB E F,四种核反应的特点,方法技巧,(1)衰变:一分为二,生成物有粒子或粒子(电子). (2)人工转变:用粒子或中子轰击原子核. (3)重核裂变:用中子轰击重核. (4
16、)轻核聚变:轻核结合为重核.,1.原子核衰变(多选)原子核X发生衰变后变成Y核,Y核吸收一个中子后生成Q核并放出一个粒子,则下面说法正确的是( ) A.X核比Q核多一个中子 B.X核比Q核多一个质子 C.X核的质量数比Q核的质量数大4 D.X核的电荷数比Q核的电荷数多1,题组训练,BD,2.人工转变(2019江西九江模拟)用中子轰击锂核( Li),产生氚和粒子并放出4.8 MeV的能量,则该核反应方程为 ,上述反应中的质量亏损为 kg(保留两位有效数字).,考点四 核力与核能,1.对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2.物体的能量增大,
17、质量也增大;物体的能量减少,质量也减少. (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其能量也要相应减少,即 E=mc2. (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加m,吸收的能量为E=mc2.,2.核反应中释放核能的计算 (1)根据E=mc2计算时,m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”. (2)根据E=m931.5 MeV计算时,m的单位是“u”,E的单位是“MeV”. (3)根据核子比结合能计算,即E等于(反应前核子比结合能-反应后核子比结合能)核子数.,答案:(1)3 大于,答案:(2)4.310-12 J,(2)取质子的质量mp=1.672 610-2
18、7 kg,中子的质量mn=1.674 910-27 kg,粒子的质量m=6.646 710-27 kg,光速c=3.0108 m/s.请计算粒子的结合能.(计算结果保留两位有效数字),解析:(2)组成粒子的核子与粒子的质量差m=(2mp+2mn)-m,结合能E=mc2 代入数据得E=4.310-12 J.,核能求解的思路方法,方法技巧,(1)应用质能方程解题的流程图:,(2)在用粒子轰击原子核或原子核自发地分裂过程中,动量保持守恒. 在动量守恒方程中,各质量都可用质量数表示. 核反应中我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.,题组训练,A,解析:根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子,
19、故B错误.根据质能方程知E=mc2=(2.013 6 u+3.015 0 u-4.001 51 u-1.007 83 u)931.5 MeV =17.9 MeV,故A正确.因为聚变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量减小,但是质量数不变,选项C错误;目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用重核裂变反应发电,选项D错误.,高考模拟,素养提升 学科素养演练提升,B,B,解析:氘核聚变反应中亏损的质量m=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7 u =0.003 5 u,释放的核能E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,选项B正确.,3.(2017天津卷,1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是( ),A,解析:A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程,B项是用粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程,C项属于原子核的人工转变,D项属于重核的裂变,因此只有A项符合要求.,ABE,答案:见解析,答案:见解析,(3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损m.,点击进入 课时训练,点击进入 综合检测,