高考物理二轮复习教案第十五章原子和原子核.doc

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第十五章 原子和原子核
原子结构：
汤姆生模型
卢瑟福模型
波尔模型
α粒子散射实验
氢原子光谱
原子的稳定性
原子和原子核
原子核
天然放射性
β衰变
α衰变
γ衰变
人工转变
质子的发现
中子的发现
原子核的组成，放射性同位素
核能
质能方程式
重核裂变
轻核聚变
知识网络：

二、原子的核式结构
1.原子的核式结构-
（1）α粒子散射实验
例1.根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是(　　)
A.原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内
B.原子的质量均匀分布在整个原子范围内
C.原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内
D.原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内
D
例2（2011上海第2题）．卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是

答案：D
（2）波尔的基本假设
a．轨道假设：核外电子轨道半径只能是一些分立的值。
b．定态假设：不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量。
C．跃迁假设：原子从一个定态向另一个定态跃迁时，要吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的能级差，即 hv=Em－En （m＞n）
（3）氢原子的能量与电子运动半径的关系：
a．电子运动半径rn=n2r1 （n=1.2.3…）r1=0.53×10-10m，
b．原子能量（动能+势能）En=E1/n2 ，E1=-13.6eV
c．电子的动能
（4）能级跃迁
从低能级向高能级跃迁吸收能量的三种情况：
a．光照射发生跃迁，要满足的条件：hv=Em－En （m＞n）
b．光照射发生使原子电离时，要满足的条件：hv≥Em－En （m＞n）
c. 实物粒子碰撞发生跃迁，要满足的条件： （m＞n）
对原子跃迁问题应把握以下几点
原子跃迁条件只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间的跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物离子与原子作用使原子激发的情况，则不受此条件限制。
原子能跃迁时，处于激发代态的原子可能经过一次跃迁回到激发态，最后回到基态，物质中含有大量原子时，各个原子的跃迁方式也是不统一的，有的原子可能经过一次跃迁就回到基态，而有的可能要经过向次跃迁才回到基态。
原子的能级跃迁和电离
跃迁是原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，即不能脱离原子核的束缚，所以在跃迁的过程中，原子放出或吸收的能量必须是量子化的。如当电子从n轨道跃迁到m轨道时，其能量变化必须是，当m>n时，，原子要吸收能量，当m<n时，，要释放能量，电离是将原子的电子拉出来，使之成为自由电子，只要是电离能大于一定值就可以，没有量子化要求，若有多余的能量，则以电子动能的形式存在，如将大m轨道的电子电离出来，原子吸收的能量只要满足就可以了。
从高能级向低能级跃迁向外辐射能量。
a． 辐射的光子频率满足：hv=Em－En （m＞n）
b． 大量原子跃迁辐射出的谱线条数为：
c． 氢原子能级图：
例3（2012北京高考卷）．一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，该氢原子
A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少
答案：B
*用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，△n和E的可能值为
A．△n＝1，13.22 eV＜E＜13.32 eV
B．△n＝2，13.22 eV＜E＜13.32 eV
C．△n＝1，12.75 eV＜E＜13.06 eV
D．△n＝2，12.75 eV＜E＜13.06 eV
AD
解析：大量光子跃迁时各种跃迁随机出现，如果一群处于高能级的氢原子向低能级跃迁时，所辐射的光谱线数，增加了5条谱线有可能是5、6能级转换增加的，也有可能是2、4能级转换增加的。电子与原子作用导致原子跃迁时，电子的动能必大于所跃迁的两能级之差才可行，但又不能大与下一个能级与基态的能级差。
本题简介：本题为典型的跃迁问题综合题，出题角度新颖。
例4（2012山东卷）.（1）氢原子第能级的能量为，其中为基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为，则 。
（1）
例5（2012四川卷）．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子
A．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长
B．从n=5能级跃迁到n=l能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大
C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
答案：A
例6（2011全国卷1第18题）.已知氢原子的基态能量为E，激发态能量，其中n=2,3…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为
A. B. C. D.
解析：原子从n=2跃迁到+所以故：选C
例7（2011天津第1题）．下列能揭示原子具有核式结构的实验是
A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现 C．α粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现
【解析】：物理学史、常识考查题，简单题，其中光电效应实验说明光具有粒子性，A选项错误；X射线（伦琴射线）的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1896年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生，B选项错误；氢原子光谱的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征，D选项错误；所以选择C。
三、原子核反应
1.三种常见的射线的性质比较
种 类
本 质
质量（u）
电荷（e）
速度（c）
电离性
贯穿性
α射线
氦核
4
+2
0.1
最强
最弱，纸能挡住
β射线
电子
1/1840
-1
0.99
较强
较强，穿几mm铝板
γ射线
光子
0
0
1
最弱
最强，穿几cm铅版
β γ α
α　γ　　 β
⑴　　　　　　　 　　 　⑵　　　　　　　　　　　　　　　⑶
O
三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：

如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。⑶图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方。
例8（2012上海卷）．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的是（ ）
（A）X射线 （B）a射线
（C）b射线 （D）g射线
答案：D，
例9（2012上海卷）．某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图（ ）

答案：B
例10（2011上海第9题）．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知
(A)②来自于原子核外的电子
(B)①的电离作用最强，是一种电磁波
(C)③的电离作用较强，是一种电磁波
(D)③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
D
2.半衰期
（1）放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）计算式为：N表示核的个数 ，此式也可以演变成 或，式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。
（2）半衰期只和原子核本身有关，与其所处物理、化学状态无关。
例11（2012天津卷）．下列说法中正确的是（ ）
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．由波尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力
D．原子和所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
解析：半衰期是原子的物理属性，不能采用物理或化学方法改变；高空遥感是用红外线的；由于核子结合为原子核时能量增加必然存在质量亏损；氢原子从高能量的激发态跃迁到低能量的基态时放出能量，所以放出光子。答案B。

例12.（2011山东第38题3-5）碘131核 不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天。
碘131核的衰变方程： （衰变后的元素用X表示）。
‚经过________天 75%的碘131核发生了衰变。
① 16
3.核反应方程

（1）四种核反应方程：

a．衰变： α衰变：（核内）
β衰变：（核内）
+β衰变：（核内）
γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
b．人工转变：（发现质子的核反应）
（发现中子的核反应）
（人工制造放射性同位素）
c．重核的裂变： 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
d．轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）
所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）
a.衰变方程 b.人工核转变方程c.核聚变方程 d.核裂变方程
例13（2012上海卷）．与原子核内部变化有关的现象是（ ）
（A）电离现象 （B）光电效应现象
（C）天然放射现象 （D）a粒子散射现象
答案：C
例14（2012广东卷）.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有
A. 是核聚变反应
B. 是β衰变
C. 是核裂变反应
D．是α衰变
答案：AC
例15（2012重庆卷）．以下是物理学史上3个著名的核反应方程
x+Li2y y+N x+O y+Bez+C
x、y和z是三种不同的粒子，其中z是
A．粒子 B．质子 C．中子 D．电子
答案：C
例16（2012上海卷）．Co发生一次b衰变后变为Ni，其衰变方程为___________在该衰变过程中还发妯频率为n1、n2的两个光子，其总能量为___________。
答案：
Co®Ni＋e，h（n1＋n2），
例17（2011海南卷）.（4分）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_______和__________（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和_______.
A.X1→ B.X2→
C.X3→ D.X4→
解析：由质量数和核电荷数守恒可以得出正确选项 B C 78 82
（2）两个守恒定律：
例18(2012全国理综). U经过m次a衰变和n次β衰变,则
A.m=7，n=3 B.m=7 n=4
C.m=14 n=9 D. m=14 n=18
【解析】质量数减少为：4m=235-207=28,m=7.核电荷数减少为：2m-n=92-82=10,n=4
【答案】B
三、核能的计算
1．结合能
两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量.自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能,分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能. 结合能数值越大,分子就越稳定. 2．质量亏损
核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。
3．质能方程--核能的的计算
爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：
E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。
质能方程的另一个表达形式是：ΔE=Δmc2。
以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。
在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。
在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制
例19（12海南）（2）（8分）一静止的核经α衰变成为核，释放出的总动能为4.27MeV。问此衰变后核的动能为多少MeV（保留1位有效数字）？
0.7MeV
例20(2012全国新课标).（6分）氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：，式中x是某种粒子。已知：、、和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________ MeV（结果保留3位有效数字）
（1），17.6 根据并结合质量数守恒和电荷数守恒知x为；由质能方程得

例21（2012江苏卷）．（1）如图所示为某原子的能级图，a、b、c这原子跃迁所发出的三种波长的光，在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，测正确的是_________

(2)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________________.该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为_________
(3)A、B两种光子的能量之比为2：1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB，求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。
12C(3-5) 【解析】根据，能量和频率依次增大的顺序是：b、c、a，所以波长依次增大的是a、c、b。
【答案】（1）C
（2）；
（3）光子能量，动量，且，得，则：2:1
A照射时，光电子的最大初动能.同理.
解得

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