2022-2023年高考物理一轮复习 第12章第2讲原子和原子核课件

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1.原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家 进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型.(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，但有 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”，如图1所示.
(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积 ，但几乎占有全部 ，电子在正电体的外面运动.2.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 (频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类
(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.
3.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝ .(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 ，因此电子的可能轨道也是 .
4.氢原子的能量和能级变迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝ (n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ eV.②半径公式：rn＝ (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(2)氢原子的能级图，如图2所示
能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足：0－E1＝hν′，
1.天然放射现象(1)天然放射现象元素 地放出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有 的结构.(2)放射性同位素的应用与防护①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.②应用：消除静电、工业探伤、做 等.③防护：防止放射性对人体组织的伤害.
2.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为 .质子带正电，中子不带电.(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的 .②质量数(A)＝ ＝质子数＋中子数.(3)X元素的原子核的符号为 X，其中A表示 ，Z表示核电荷数.
3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种 的变化称为原子核的衰变.②分类
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间.②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核 自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.(3)公式：N余＝N原· ，m余＝m原· .
4.核力和核能(1)核力：原子核内部， 所特有的相互作用力.(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝ .(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Δm，吸收的能量为ΔE＝ .
A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31
1.定态间的跃迁——满足能级差
2.电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.激发态→电离态：E吸>0－En＝|En|.若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.
例1　如图3所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是A.处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级B.大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出 3种不同频率的光C.若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时 恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出 的光，照射该金属时一定能发生光电效应D.用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生 的光电子的最大初动能为6.41 eV
解析　处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV能量的光子，故A错误；
从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误；
处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ek＝E－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确.
变式1　氢原子的能级图如图4所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是A.氢原子可能发出3种不同频率的光子B.已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝ 2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C.氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光的频率最 高，波长最短
解析　一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2,2→1，选项A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32 ＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确.
8.据国家科技部报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子.按玻尔氢原子理论，氢原子的能级图如图3所示，下列判断正确的是A.氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子B.—个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能 发出6条光谱线C.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原 子，可观测到多种不同频率的光子D.氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，氢原子的电势能减小，电子 的动能增大
解析　氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态会辐射光子，故A错误；一个氢原子处于n＝4的激发态，当它向基态跃迁时可以发出3条不同频率的光谱线，故B错误；
氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，轨道半径增大，因电场力做负功，故氢原子电势能增大，电子的动能减小，故D错误.
9.已知氦离子(He＋)的能级图如图4所示，根据能级跃迁理论可知A.氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能 级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低B.大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只 能发出2种不同频率的光子C.氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收45 eV的能量跃 迁到n＝2能级D.氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级，需要吸收能量
解析　氦离子的跃迁过程类似于氢原子，从高能级向低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量，而从低能级向高能级跃迁的过程中吸收能量，且放出(吸收)的能量满足能级的差值，即ΔE＝Em－En(m>n)，故C、D错；
10.中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①② ，则下列表述正确的是A.X是质子B.Y是氚核C.X与Y是同位素D.①、②两个核反应都属于裂变反应
解析　对①，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知X是中子，故A错误；对②，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确；X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误；①、②两个核反应都属于轻核聚变反应，故D错误.
温度变化不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；
“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误.
12.下列说法中错误的是A.若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应C.原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子D.质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒 子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
解析　根据玻尔理论可知，氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故A正确；
β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故C错误；
13.人类和平利用核能始于二十世纪五十年代，核能的开发和应用是解决能源问题的重要途径之一.下列关于核反应的描述或判断正确的是
A.原子核X的电荷数为91，质量数为236B.α粒子做顺时针圆周运动C.α粒子和原子核X的周期之比为10∶13D.α粒子和原子核X的半径之比为45∶2
解析　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核X的电荷数为92－2＝90，质量数为238－4＝234，选项A错误；α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；