【文档说明】(新高考)高考物理一轮复习课件第13章 第2讲 原子结构与原子核(含解析).ppt，共(70)页，1.704 MB，由MTyang资料小铺上传

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第十三章近代物理第2讲原子结构与原子核【目标要求】1.知道原子的核式结构，通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.内容索引NEIRONGS

UOYIN考点三原子核的衰变及半衰期考点四核反应及核反应类型考点五质量亏损及核能的计算课时精练考点二玻尔理论和能级跃迁考点一原子结构01考点一原子结构基础回扣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，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.汤姆孙卢瑟福原来正电荷质量跟进训练1.(原子的核式结构)(2019·山东临沂市模拟)在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是A.原子中的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均

匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中√02考点二玻尔理论和能级跃迁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转动是的，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

Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)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＝6.63×10－34J·s)(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.基础回扣不连续稳定Em－En不连续的不连续的2.氢原子的能量和能级跃迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝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，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.(2)氢原子的能级图，如图1所示.－13.6图11.两类能级跃迁(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＝(2)受激跃迁

：低能级→高能级，吸收能量.吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.技巧点拨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＝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：基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(3)吸收的能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能.例1(2020·黑龙江哈尔滨三

中期末)如图2所示为氢原子能级图，金属钠的逸出功为2.29eV，关于氢原子跃迁过程中发射或吸收光子的说法中正确的是A.用能量为11eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其跃迁到n＝2能级B.用能量为0.6eV的光子照射处于n＝5能级的氢原子，可使其

电离C.一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时，能发射出6种不同频率的光子D.一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时发出的不同频率的光子中，有5种频率的光照射金属钠时可发生光电效应√图2解析由于n＝1和n＝2的能级差为10.2eV，用能量为11eV的光子照射处于

基态的氢原子，不能使其跃迁到n＝2能级，A错误；让处于n＝5能级的氢原子电离需要的最小能量为0.54eV，则用能量为0.6eV的光子照射处于n＝5能级的氢原子，可使其电离，B正确；一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时，能发射出＝10种不同频

率的光子，C错误；一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时发出的不同频率的光子中，其中辐射光子的能量大于2.29eV的有：5→1；4→1；3→1；2→1；5→2；4→2，共6种频率的光照射金属钠时可发生光电效应，D错误.跟

进训练2.(能级跃迁)(2019·山东日照市3月模拟)氢原子能级图如图3，一群氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884nm，下列判断正确的是A.氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B.从高能级向低能级跃迁

时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884nmD.用从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射的光照射W逸＝2.29eV的钠，能发生光电效应√图323解析根据＝6知，一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；由高能级向低能

级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核向外辐射能量，故B错误；n＝3和n＝2的能级差大于n＝4和n＝3的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1884nm，故C错误；从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射

出的光子的能量为：E＝E5－E2＝－0.54eV－(－3.40eV)＝2.86eV>2.29eV，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.233.(能级跃

迁)(多选)(2020·浙江1月选考·14)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图4所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线B.氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时会辐射出红外线C.处于n＝3能

级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离D.大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光√图4√23考点三原子核的衰变及半衰期031.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.基础回扣质子质子数自发贝克勒尔原子核3.三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核＋2e4u最强最弱β射线电子－e较强较强γ射线光子γ00最弱最强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.原子核(2)α衰变、β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程衰变实质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(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＝，m余＝.(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(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：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.核内部自身的因素无关天然人工示踪原子例2(2016·上海卷·6)放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周

期表中的位置较元素A的位置向前移动了A.1位B.2位C.3位D.4位考向1衰变次数的有关计算√解析每经过一次α衰变，元素电荷数减少2，每经过一次β衰变，元素电荷数增加1，元素A经过2次α衰变和1次β衰变，则电荷数减少3，即新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位，故C正确.考向2半衰期的理解与计算

解析由衰变公式m′＝，√4.(衰变方程、半衰期)(2020·河北唐山市一模)花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是A.衰变成要经过8次β衰变和6次α衰变B.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6

天后只剩下1个氡原子核C.α射线与γ射线都是电磁波，α射线穿透本领远比γ射线弱D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的跟进训练45√半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律，对于少数原子核是不成立的，故B错误；α射线是氦核流，

γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故C错误；β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D正确.45√45由衰变方程可知，新核X的中子数为234－91＝143个，故B正确；衰变前后质量数守恒，质量并不守恒，故C错误；同种元素无

论是单质还是与其他元素形成化合物，其半衰期不变，D错误.45考点四核反应及核反应类型041.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变自发人工转人工控(卢瑟福发现质子)人工转变人工控制约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子重核裂变容易控制轻核聚现阶段(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.√解析根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错

误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误.67跟进训练√√677.(核反应方程)(2020·山东等级考模拟卷

)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为以下判断正确的是A.m＝16，n＝1B.m＝17，n＝1C.m＝16，n＝0D.m＝17，n＝0解析由质量数和电荷

数守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1，B正确.√6705考点五质量亏损及核能的计算核力和核能(1)核力：原子核内部，间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＝.基础回扣核子Δmc2Δmc2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×931.5MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.

5MeV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.技巧点拨A.X粒子是质子B.X粒子的质量为939.6MeV/c2C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109kg

D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c2√√该核反应中质量的减少量Δm1＝17.6MeV/c2，由质能方程知，m氘＋m氚＝m氦＋mX＋Δm1，代入数据知1876.1MeV/c2＋2809.5MeV

/c2＝3728.4MeV/c2＋mX＋17.6MeV/c2，故mX＝939.6MeV/c2，故B正确；跟进训练89√解析因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，释放的能量ΔE＝0.0286×931MeV≈

26.6MeV，选项C正确.√89课时精练061.(2020·安徽芜湖市模拟)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是A.贝克勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子最外层的电子B.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不

连续的C.卢瑟福的α粒子散射实验发现电荷是量子化的D.汤姆孙发现电子使人们认识到原子内部是有结构的123456789√101112双基巩固练1314解析贝克勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子核内的质子转化为中子和电子，而不是原子核外的电子，A错；玻尔的氢原子模型说明原子核外电子的轨道是不连

续的，B错；密立根油滴实验首次发现了电荷量子化，C错；电子的发现让人们认识到原子内还存在粒子，说明原子内部是有结构的，D对.12345678910111213142.(2018·全国卷Ⅲ·14)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：α＋→n＋

X.X的原子序数和质量数分别为A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31√12345678910111213143.碘131的半衰期约为8天.若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有√12345678910111213144.(2020·山

东济宁市模拟)目前核电站使用的核燃料基本都是浓缩铀，有一种典型的铀核裂变方程是.下列关于x的说法正确的是A.x是β粒子，具有很强的电离本领B.x是中子，中子是查德威克通过实验最先发现的C.x是中子，中子是卢瑟福通过实验最先发现的D.x是α粒子，穿透能力比较弱√123

45678910111213145.(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图1所示.光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光.要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子

提供的能量为A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV√图1解析因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，故选项A正

确.12345678910111213146.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是A.电子绕核旋转的半径增大B.氢原子的能量增大C.氢原子的电势能增大D.氢原子核外电子的速度增大√12345678910111213147.(多选)(2020·山东烟台市高三调研)2

017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖.大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等.下列关于核反应的说法正确的是√√123456789101112131412345678910111213148.(2020·河北衡水中

学高考押题)我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射.请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应

方程是√1234567891011121314解析A项中反应是轻核聚变，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段，故A项不合题意；B项中反应是重核裂变，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高还不能小型化，故B项不合题意；C项中反应是人工放射性同位

素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C项符合题意；D项中反应是人工核反应，需要高能α粒子，故D项不合题意.1234567891011121314能力提升练9.(多选)氢原子能级示意图如图2，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐

射光的波长为656nm.以下判断正确的是A.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB.用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁至n＝2的能级C.一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633nm的光照射，不能使氢原子

从n＝2跃迁到n＝3能级图2√√1234567891011121314解析由玻尔的能级跃迁公式得：结合题图上的能级值解得λ2≈122nm<656nm，故A、B错误，D正确；1234567891011121314√√123456789101

1121314由于氡核衰变的过程中释放能量，根据比结合能与能量的关系可知，钋核的比结合能大于氡核的比结合能，故B错误；由题意可知，释放的核能全部转化为氦核和钋核的动能，由动量守恒可知，氦核和钋核的动量相同，123

45678910111213141234567891011121314√图3√1234567891011121314解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；123456789101112

131412.(2019·安徽模拟)如图4所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是A.一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出5种不同频率的光子B.一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为

0.9eV的光子可以跃迁到n＝4能级C.处于基态的氢原子吸收能量为13.8eV的光子可以发生电离D.若氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级跃迁到n＝2

能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应图4√1234567891011121314一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9eV的光子后的能量为E＝－1.51eV＋0.9eV＝－0.61eV,0.9eV不等于能级差，该光子不能被吸收，故B错误；处于基态的氢原子吸收能量为13.8eV的光

子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的初动能，故C正确；1234567891011121314氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为ΔE1＝E3－E1＝12.09eV，从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量为ΔE2＝E5－E2＝2.8

6eV，所以若氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光不一定能使该金属发生光电效应，故D错误.123456789101112131413.(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其

总效果可用反应式表示.海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J,1Me

V＝1.6×10－13J，则M约为A.40kgB.100kgC.400kgD.1000kg√1234567891011121314解析根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15MeV的能量，1kg海水中的氘核反应释放的能量为1234567891011121314图

5B.Th核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45C.Th核和α粒子的动能之比为1∶45D.Th核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相反√√1234567891011121314Th核和α粒子都带正电荷，则在匀强磁场中都沿逆时针旋转，故D错误；12

34567891011121314粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，1234567891011121314