2025年高考物理一轮复习讲义（新人教版） 第16章 第2讲　原子结构　原子核

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考点一 原子结构和氢原子光谱
1．原子结构
(1)电子的发现：英国物理学家______________发现了电子．
(2)α粒子散射实验：1909年，英国物理学家________________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________方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．
(3)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________________和几乎全部________都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
2．氢原子光谱
(1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的________(频率)和强度分布的记录，即光谱．
(2)光谱分类：
①线状谱是一条条的________．
②连续谱是连在一起的________．
(3)氢原子光谱的实验规律：
①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式eq \f(1,λ)＝R∞eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式．
②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式．
1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞．( )
2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．( )
3．核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．( )
4．发射光谱可能是连续谱，也可能是线状谱．( )
例1 关于α粒子散射实验，下述说法中正确的是( )
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°
B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量
听课记录：______________________________________________________________
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考点二 玻尔理论 能级跃迁
1．玻尔理论
(1)定态假设：电子只能处于一系列__________的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是________的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．
(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m(3)轨道量子化假设：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________________．
2．能级跃迁
(1)能级和半径公式：
①能级公式：En＝eq \f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝________ eV.
②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(2)氢原子的能级图，如图所示
1．处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级．( )
2．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m3．氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能．( )
4．玻尔理论能解释所有元素的原子光谱．( )
1．两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．
光子的频率ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(E高－E低,h).
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．
①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离)
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.
2．光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N＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(nn－1,2).
3．电离
(1)电离态：n＝∞，E＝0.
(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量．
例如：氢原子从基态→电离态：
E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能．
例2 (2022·重庆卷·6)如图为氢原子的能级示意图．已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76 eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10 eV.若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为( )
A．10.20 eV B．12.09 eV
C．12.75 eV D．13.06 eV
听课记录：______________________________________________________________
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例3 (2022·浙江6月选考·7)如图为氢原子的能级图．大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠．下列说法正确的是( )
A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eV
B．n＝3跃迁到n＝1放出的光电子动量最大
C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态
听课记录：______________________________________________________________
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考点三 原子核的衰变及半衰期
1．原子核的组成：原子核是由______和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的____________．
2．天然放射现象
放射性元素________地发出射线的现象，首先由________________发现．天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结构．
3．三种射线的比较
4.原子核的衰变
(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种________________的变化称为原子核的衰变．
(2)α衰变、β衰变
(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．
5．半衰期
(1)公式：N余＝N原，m余＝m原.
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由________________________________决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)________(选填“有关”或“无关”)．
6．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：放射治疗、培优、保鲜、做________等．
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．
1．三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．( )
2．β衰变中的电子来源于原子核外电子．( )
3．发生β衰变时，新核的电荷数不变．( )
4．如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个．( )
例4 (2022·全国甲卷·17)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为eq \f(N,3)，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为( )
A.eq \f(N,12) B.eq \f(N,9) C.eq \f(N,8) D.eq \f(N,6)
听课记录：______________________________________________________________
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例5 (多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是( )
A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比
B．衰变形成的两个粒子带同种电荷
C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2
听课记录：______________________________________________________________
考点四 核反应及核能的计算
1．核反应的四种类型
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(eq \\al(1,1)H)、中子(eq \\al(1,0)n)、α粒子(eq \\al(4,2)He)、β粒子(eq \\ar(0,－1)e)、正电子(eq \\ar(0,＋1)e)、氘核(eq \\al(2,1)H)、氚核(eq \\al(3,1)H)等．
(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒．
(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向．
3．核力和核能
(1)核力：原子核内部，________间所特有的相互作用力．
(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们________需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能．
(3)比结合能：原子核的结合能与__________之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．________________越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．
(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝________________.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＝__________.
1．核力就是库仑力．( )
2．原子核的结合能越大，原子核越稳定．( )
3．核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生．( )
核能的计算方法
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．
例6 下列说法正确的是( )
A.eq \\ar(238, 92)U→eq \\ar(234, 90)Th＋X中X为中子，核反应类型为β衰变
B.eq \\ar(2,1)H＋eq \\ar(3,1)H→eq \\ar(4,2)He＋Y中Y为中子，核反应类型为人工转变
C.eq \\ar(235, 92)U＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(136, 54)Xe＋eq \\ar(90,38)Sr＋K中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D.eq \\ar(14, 7)N＋eq \\ar(4,2)He→eq \\ar(17, 8)O＋Z中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变
听课记录：______________________________________________________________
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例7 (2022·湖北卷·1)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核eq \\al(7,4)Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即eq \\al(7,4)Be＋eq \\al( 0,－1)e→X＋eq \\al(0,0)νe.根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在．下列说法正确的是( )
A．原子核X是eq \\al(7,3)Li
B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同
D．中微子νe的电荷量与电子的相同
听课记录：______________________________________________________________
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例8 (2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(0,1)e＋2ν，已知eq \\al(1,1)H和eq \\al(4,2)He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个eq \\al(1,1)H转变成1个eq \\al(4,2)He的过程中，释放的能量约为( )
A．8 MeV B．16 MeV
C．26 MeV D．52 MeV
听课记录：_____________________________________________________________
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例9 花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源．人呼吸时，氡气会随气体进入肺脏，氡衰变放出的α射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等．一静止的氡核eq \\ar(222, 86)Rn发生一次α衰变生成新核钋(P)，此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能．已知m氡＝222.086 6 u，mα＝4.002 6 u，m钋＝218.076 6 u,
1 u相当于931 MeV的能量．(结果均保留3位有效数字)
(1)写出上述核反应方程；
(2)求上述核反应放出的能量ΔE；
(3)求α粒子的动能Ekα.
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________________________________________________________________________名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
__核
eq \\al(4,2)He
＋2e
4 u
最____
最__
β射线
eq \\ar(0,－1)e
－e
eq \f(1,1 837) u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最____
最__
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
eq \\ar(M,Z)X→eq \\ar(M－4,Z－2)Y＋eq \\ar(4,2)He
eq \\ar(M,Z)X→eq \\ar(M,Z＋1)Y＋eq \\ar(0,－1)e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\ar(0,－1)e
衰变规律
________守恒、质量数守恒
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
eq \\ar(238, 92)U→eq \\ar(234, 90)Th＋______
β衰变
自发
eq \\ar(234, 90)Th→eq \\ar(234, 91)Pa＋eq \\ar(0,－1)e
人工转变
人工控制
eq \\ar(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→________＋eq \\al(1,1)H
(卢瑟福发现质子)
eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
(查德威克发现中子)
eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→____＋eq \\al(1,0)n
约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋____
重核裂变
容易控制
eq \\ar(235, 92)U＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(144, 56)Ba＋eq \\ar(89,36)Kr＋3eq \\ar(1,0)n
eq \\ar(235, 92)U＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(136, 54)Xe＋eq \\ar(90,38)Sr＋____
轻核聚变
现阶段很难控制
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→____＋eq \\al(1,0)n＋17.6 MeV