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(共37张PPT)
第五章
原子的结构
第一节　原子的结构
核心目标 1. 知道原子的核式结构模型，知道玻尔原子理论基本假设的内容．
2. 了解氢原子能级图，能用原子能级图分析、推理、计算.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　原子的核式结构模型
1. α粒子散射实验
(1) 汤姆孙原子模型
汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个________，__________弥漫性地均匀分布在整个球体内，________镶嵌在球中．
球体
正电荷
电子
(2) α粒子散射实验
①实验装置：α粒子源、________、放大镜和__________.
②实验现象：
a．绝大多数的α粒子穿过金箔后____________的方向前进．
b．少数α粒子发生了__________的偏转．
c．极少数α粒子的偏转角______________，甚至有极个别α粒子被反弹回来．
③实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了____________模型．
金箔
荧光屏
仍沿原来
大角度
大于90°
核式结构
2. 卢瑟福的核式结构模型
1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫__________.它集中了原子全部的__________和几乎全部的________，________在核外空间运动．
原子核
正电荷
质量
电子
要点2　氢原子光谱
1. 氢光谱的获得
在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2～3 kV的高压，使氢气放电，氢原子在________的激发下发光，通过__________观察氢原子的光谱．
2. 光谱的特点
(1) 氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条______________.
(2) 氢原子受激发只能发出几种____________的光．
特别提醒：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光．
电场
分光镜
分立的亮线
特定频率
－13.6 eV
较高
2. 氢原子能级图(如图所示)
3. 氢光谱线系的形成
能级间的跃迁产生不连续的________，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个________，如巴耳末系是氢原子从n＝3、4、5、…能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱．
4. 电子云
当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的________分布，__________的地方小圆点密一些，__________的地方小圆点疏一些．这样的概率分布图称为电子云．
特别提醒：电子从能量较高的定态轨道，跃迁到能量较低的定态轨道，会放出光子；反之会吸收光子．
谱线
线系
概率
概率大
概率小
基础内化
1. 根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是(　　 )
A. 发生大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
B. α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞
C. 绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D. 根据α粒子散射实验可以估算原子的大小
C
【解析】　发生大角度偏转的α粒子所受的库仑力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，故A错误；α粒子反弹是因为受金原子核的库仑斥力作用，并未发生碰撞，故B错误；绝大多数α粒子沿原方向前进，说明带正电的原子核占据的空间很小，C正确；当α粒子最靠近原子核时，可以估算原子核的大小，无法估算原子的大小，D错误．
2. 下列不符合玻尔提出的原子模型中所作的假设的是(　　 )
A. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量
B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C. 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D. 原子发光时形成的光谱是连续光谱
D
关键能力·分析应用
(2) 库仑力对α粒子的做功情况
当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小．
(3) α粒子的能量转化情况
仅有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变．
2. α粒子散射实验的现象及解释
(1) 绝大多数　α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内．
(2) 少数　α粒子发生较大的偏转，发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．
(3) 极少数　α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．
3. 分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为．“大角度偏转”只是少数粒子的行为．
(多选)如图所示为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下列说法中正确的是(　　　)
1
A. 相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B. 相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些
C. 放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光
D. 放在C、D位置时屏上观察不到闪光
AC
【解析】　在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确．
关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法中正确的有(　　 )
A. 绝大多数α粒子沿原方向运动，说明原子内部都不带电
B. 绝大多数α粒子沿原方向运动，说明原子内大部分空间正电荷分布是均匀的
C. 少数α粒子发生较大的偏转，是因为发生偏转的α粒子离原子核较近，库仑斥力较大
D. 极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
2
C
【解析】　α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)．从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是正电荷均匀分布在原子核内，A、B错误；少数α粒子发生较大的偏转，是因为发生偏转的α粒子离原子核较近，库仑斥力较大，α粒子发生大角度偏转，是由于原子核对α粒子的排斥力很大，C正确，D错误．
考向2　光谱　氢原子光谱
1. 光谱
每种原子都有自己的特征谱线，特征谱线可以是线状谱线，也可以是吸收谱线，根据特征谱线可以做光谱分析．通过高频分析，可以窥探原子内部的信息．
注意，太阳光谱是 吸收　光谱，研究太阳光谱发现了太阳大气中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素．
2. 氢原子光谱
(1) 巴耳末根据当时已知的氢原子可见光区的4条氢光谱线，找到了巴耳末公式，根据巴耳末公式，发现了巴耳末谱线系．
(2) 除了巴耳末系谱线，氢原子还有位于紫外线区的赖曼系谱线， 还有位于红外线区的帕邢系、布喇开系等谱线，如图所示．
(3) 经典的电磁理论既不能解释原子的 稳定性　，又无法解释原子光谱的 分立　线状谱，说明核式结构模型还需修正．研究巴耳末公式，结合量子论、光子的概念，玻尔提出了原子结构假说，解释了氢原子光谱的成因．
关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是(　　 )
A. 太阳光谱是线状谱
B. 煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C. 进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
D. 观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
3
【解析】　太阳光谱是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱．由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．B正确．
B
4
【解析】　巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的四条谱线作了分析总结出的巴耳末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只会发出若干特定频率的光，由此可知，C、D正确．
CD
如图是氢原子的能级图．
(1) 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．
(2) 能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.En代表电子在第n个轨道上运动时氢原子的能量．
(3) 作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1 是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态．
　如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．
5
(1) 最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？
【解析】　 氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2 的能级．
满足hν＝En－E2＝2.55 eV
故En＝hν＋E2＝－0.85 eV
由氢原子能级图可知n＝4
基态氢原子要从n＝1跃迁到n＝4的能级，至少应提供的能量
ΔE＝E4－E1＝12.75 eV
(2) 获得该能量后，氢原子发出光子的最长波长是多少？
(3) 请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
【解析】　(3) 氢原子可能的跃迁图如图所示．
巩固验收
1. (多选)(2022·河南宋基信阳实验中学)关于氢原子光谱，下列说法中正确的是( )
A. 氢原子的发射光谱是连续光谱
B. 氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关
C. 氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D. 氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
BCD
BC(共19张PPT)
第五章
原子的结构
习题课4　核反应方程与结合能的综合应用
核心目标 了解核反应的特点与核反应方程．知道核能的计算方法.
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　核反应的特点与核反应方程
1. 常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型．
(1) 衰变：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有α粒子或β粒子．
(2) 人工转变：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如α粒子、质子、中子等．
(3) 裂变：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中子．
(4) 聚变：反应物为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核．
1
D
(2022·河北大名县一中)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法中正确的是(　　 )
2
D
考向2　核能的计算
根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下四种计算方法．
1. 根据质量亏损计算核能
用质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．
2. 根据比结合能计算核能
原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．
3. 根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题设条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核反应释放或吸收的能量．
4. 根据阿伏伽德罗常数计算核能
若已知微观数目的原子核发生核反应释放的能量，要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏伽德罗常数计算核能较为简便．
3
B
考向3　核反应中的“守恒规律”
1. 五个守恒
(1) 质量数守恒．
(2) 质子数(电荷数)守恒．
(3) 质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)．
(4) 能量守恒．
(5) 动量守恒．
2. 两个方程
(1) 质能方程：E＝mc2，m指物体的质量．
(2) 核能：ΔE＝Δmc2.
4
(2) 求氚核和α粒子的速度大小．
(3) 若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损．
C
(2) 求出质量亏损．(可以用原子质量单位u表示)(共30张PPT)
第五章
原子的结构
第五节　裂变和聚变
核心目标 1. 了解核裂变反应及链式反应的条件．知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程．
2. 了解核聚变反应及条件，关注受控核聚变反应研究的进展．了解两类核能应用的利弊，关注核聚变技术应用对人类生活和社会发展的影响.
必备知识·记忆理解
中子
核能
2. 链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使__________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的____________.
(1) 临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的________体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量．
(2) 链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于____________或裂变物质的质量大于____________.
核裂变
链式反应
最小
临界体积
临界质量
钱三强
要点2　反应堆与核电站
1. 通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为____________.
(1) 装置：如图，是当前普遍使用的“__________(慢中子)”核反应堆的示意图．速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变．这样的中子就是“热中子”，或称慢中子．
核反应堆
热中子
(2) 燃料：铀棒
(3) 慢化剂：使核裂变产生的速度很大的快中子________，如石墨、重水和普通水(也叫轻水)等．
(4) 控制棒：为了调节中子数目以控制反应________，在铀棒之间插进的镉棒．
镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，链式反应的速度就会慢一些．
(5) 冷却剂：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．
减速
速度
2. 核电站：核心设施是____________，反应堆用的核燃料是铀235.
(1) 利用核能发电：在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于10 t标准煤完全燃烧放出的热．一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30 t左右的浓缩铀，同样功率的火电站，每年要烧煤 2.5×106 t !
(2) 保护层：建造核电站时需要特别注意防止放射线和放射性物质的泄漏，以避免放射性污染．为此，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层．核反应堆中的核废料需要装入特制的容器，深埋地下．
核反应堆
质量较大
核聚变
4. 优点
(1) 轻核聚变______________.
(2) 地球上____________的储量丰富．
(3) 轻核聚变更为______________.
5. 约束方法
__________和惯性约束．
产能效率高
聚变燃料
安全、清洁
磁约束
基础内化
1. 如图是慢中子反应堆的示意图．关于该反应堆，下列说法中正确的是(　　 )
B
A. 铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B. 快中子跟减速剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C. 控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D. 要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
【解析】　快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，C、D错误．
B
关键能力·分析应用
关于重核的裂变，下列说法中正确的是(　　 )
A. 核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B. 中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C. 重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
D. 重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
1
【解析】　核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误．
D
2
BD
【解析】　根据质量数守恒，可得A＝235＋1－(90＋10×1)＝136，A错误；根据电荷数守恒，可得Z＝92－54＝38，B正确；反应中的质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－135.907 2－89.907 7－10×1.008 7) u＝0.150 7 u，C错误；该裂变反应释放总能量为E＝0.150 7×931.5 MeV≈140.377 1 MeV，D正确．
考向2　反应堆与核电站
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件如表：
部件 名称 慢化剂 控制棒 热循环 介质 保护层
采用的 材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳
作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染
关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是(　　 )
A. 镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B. 用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C. 利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D. 镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与轴的接触面积的大小控制反应速度
3
【解析】　镉棒并不能释放中子，A错误；镉棒并不能使中子减速，B错误；镉棒是利用其对中子的吸收能力强的特点，控制中子的数量从而控制核反应速度，C正确；镉棒对铀核裂变没有阻碍作用，D错误．
C
考向3　对核聚变的理解
1. 核聚变的特点
(1) 从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．
(2) 在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出 更多　的能量．
(3) 热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．
(4) 普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．
2. 优缺点
(1) 优点：轻核聚变产能效率高，聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍；地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；轻核聚变更为安全、清洁．
(2) 缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．
3. 核聚变的应用
(1) 核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．
(2) 可控热核反应：目前处于探索阶段．
4
AC
5
BD
巩固验收
1. (多选)关于铀核裂变，下列说法中正确的是(　　 　)
A. 铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B. 铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C. 为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238
D. 铀块的体积对产生链式反应无影响
【解析】　铀核受到中子的轰击，会引起核裂变，放出2～3个中子，裂变的产物是多样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，A错误，B正确；铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，C正确；而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，D错误．
BC
2. (2022·河南南阳一中)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1) 写出这个核反应方程．
【解析】 反应前的质量m1＝4mp＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.
(2) 这一核反应能释放多少能量？
(3) 已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克(mp＝1.004 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u) (共20张PPT)
第五章
原子的结构
习题课3　氢原子能级图及其综合应用
核心目标 1. 能区别一个与一群氢原子跃迁的区别，能分析跃迁与电离的不同，知道光子与实物粒子能否引起原子跃迁的不同．
2. 理解能级图的作用，能分析相关综合问题.
关键能力·分析应用
(多选)(2022·河北承德联考)氢原子的能级示意图如图所示，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为657 nm.下列说法中正确的是(　　　)
A. 处于基态的氢原子可以吸收波长为633 nm的光子
B. 氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射光的波长为122 nm
C. 用能量值大于0.66 eV的电子轰击n＝3能级的氢原子，可能使氢原子向更高的能级跃迁
D. 一个处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
1
BC
考向2　跃迁与电离
hν＝En－Em只适用于光子与原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子与原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制，这是因为原子一旦电离，原子结构立即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论．如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要能量大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大．
2
C
考向3　两种粒子——光子与实物粒子
1. 光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
2. 实物粒子：原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁．
　(多选)(2022·河南灵宝五中)氢原子的能级如图所示，下列说法中正确的是(　　 　)
3
A. 处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B. 氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为1.89 eV
C. 大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光
D. 处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为10 eV 的电子的能量
BC
考向4　能级跃迁与光电效应、干涉、衍射等问题的综合　　
能级跃迁涉及光子能量、频率、波长等要素，容易与光电效应、干涉、衍射等一起综合分析，这也是考查要点．
4
D
巩固验收
1. (2022·河南浉河区新时代学校)氢原子的能级如图所示，下列说法中正确的是(　　 )
A. 处于n＝1能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B. 氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为0.85 eV
C. 一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D. 处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为12 eV的电子的能量
D
【解析】　原子发生跃迁时，吸收的能量等于两个能级的能级差，不能吸收任意频率的光子，A错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为(－0.85) eV－(－3.4) eV＝2.55 eV，B错误；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光，C错误；12 eV的能量大于n＝1、n＝2能级的能级差，则处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为12 eV的电子的能量，D正确．
(2) 能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能．
(3) 若用光照的办法使处于n＝3能级的氢原子电离，则照射光频率至少多大(所有答案用题目中所给字母表示)．(共15张PPT)
第五章
原子的结构
第四节　放射性同位素
核心目标 1. 知道什么是同位素、放射性同位素和人工放射性同位素．
2. 了解放射性同位素的应用，知道射线的危害及防护.
必备知识·记忆理解
质子
中子
放射性
要点2　放射性同位素的应用
1. 利用放射性同位素放出的射线可进行__________探伤、消除________、培育________、治疗癌症．
2. 放射性同位素可以作为________原子．
3. 利用元素的__________可推断地层或古代文物的年代．
4. 放射线的危害及防护
(1) α射线具有________的电离作用，但________能力很弱．
(2) β射线有较强的________能力，但电离作用较弱．
(3) γ射线电离作用________，穿透能力________.
(4) 辐射防护的基本方法有：____________、____________和____________.
特别提醒：一般放射性同位素半衰期短，而且强度容易控制，使用更广泛．
γ射线
静电
良种
示踪
半衰期
很强
穿透
穿透
最小
很强
时间防护
距离防护
屏蔽防护
基础内化
1. 在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同．如图为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是(　　 )
A. γ、β、α B. β、γ、α
C. α、β、γ D. γ、α、β
【解析】　α射线穿透能力最弱，不能穿透比较厚的黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确．
C
【解析】　它们是氢的同位素，所以它们的质子数相等，A正确；原子的核外电子数与质子数相等，所以它们的核外电子数相等，B错误；核子数即为质子数与中子数之和，也叫质量数，所以它们的核子数不相等，C错误；左上角数字为质量数，左下角数字为质子数，所以它们的质子数相等而质量数不相等，因而其中子数不相等，D错误.
A
关键能力·分析应用
1
【解析】　卢瑟福用α粒子轰击金箔散射的实验，提出了原子的核式结构模型，故A错误；用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故B、C正确；核反应方程质量数和电荷数是守恒的，故D正确．
A
考向2　放射性同位素的应用
放射性同位素及其应用
1. 放射性同位素的分类
(1) 天然放射性同位素．
(2) 人工放射性同位素．
2. 放射性同位素的主要作用
(1) 工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．
(2) 农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等．
(3) 做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．
(4) 医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症．
(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是(　　 )
A. 作为示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质
B. 作为示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点
C. γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质
D. γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质
2
【解析】　根据放射性同位素的性质分析放射性同位素的应用．作为示踪原子是利用放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点，利用γ射线探伤是利用了γ射线的贯穿能力强的性质，故B、C正确．
BC
巩固验收
1. (多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，放射出的α、β、γ射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．根据有关放射性知识可知，下列说法中正确的是(　 　)
A. 将α、β、γ射线垂直射入匀强电场中，可以通过偏转的情况将它们分辨出来
B. 放射出的β射线的速度等于光速
C. γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D. 三种射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线
AC
【解析】　α、β、γ射线分别带正电、带负电、不带电，则将α、β、γ射线垂直射入匀强电场中，可以通过偏转的情况将它们分辨出来，A正确；放射出的β射线的速度接近光速，B错误；γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，C正确；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，D错误.
2. 下列说法中正确的是(　　 )
A. α射线电离作用较弱 B. β射线穿透能力最强
C. γ射线带正电 D. γ射线可用来消毒
D(共30张PPT)
第五章
原子的结构
第三节　核力与核反应方程
核心目标 1. 知道原子核的组成和核反应方程，知道四种基本相互作用，认识原子核的结合能和比结合能的概念．
2. 能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　原子核的组成及核反应方程
1. 原子核的组成
原子核由________和________组成，组成原子核的质子和中子统称为________.质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等．
2. 原子核的电荷数
由于中子不带电，原子核所带的电荷________核内质子所带电荷的总和，故原子核所带电荷量总是质子电荷量的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫原子核的电荷数，用Z表示．
质子
中子
核子
等于
质子数
核子数
新原子核
质量数
电荷数
要点2　核力与四种基本相互作用
1. 强相互作用
(1) 定义：强相互作用是原子核中核子之间存在的一种________的相互作用，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子．
(2) 特点：距离增大时，强相互作用急剧减小，是短程力，作用范围只有约__________________，超过原子核的大小10－15 m这个界限，实际上已经不存在了．
注意：核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．
2. 弱相互作用
(1) 定义：在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用，称为______________.它是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因．
(2) 特点：弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有10－18 m.
很强
1015 m
弱相互作用
3. 四种基本相互作用
要点3　结合能和质量亏损
1. 结合能
原子核是________凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要________.
结合能是将核子拆开时需要的能量，也是核子结合成原子核而释放的能量．
2. 比结合能
(1) 概念：原子核的结合能与__________之比，称作比结合能，也叫________结合能．
(2) 意义：反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度．比结合能越大，表示核子结合得越________，原子核越________.
核子
能量
核子数
平均
牢固
稳定
3. 质能方程：物体的能量与它们质量的关系是E＝__________.
(1) 质能方程说明一定的质量总是跟一定的能量相联系．具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的．
(2) E＝mc2，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和．
mc2
4. 质量亏损：原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象．
(1) 在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量．
(2) 物体的质量应包括静止质量和运动质量．质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了，转化为和辐射能量相联系的运动质量．
(3) 从质量亏损可知，质量是物体具有能量的多少及能量转化多少的一种量度．
小于
基础内化
1. (2022·广东深圳德琳学校)物理学上的四种基本相互作用是(　　 )
A. 万有引力、相互作用力、电磁力、强力
B. 重力、弹力、摩擦力、其他力
C. 作用力、反作用力、电磁力、强力
D. 万有引力、电磁力、弱力、强力
【解析】　到现在为止，物理学家们发现了四种基本的相互作用．它们是万有引力作用，电磁相互作用，强相互作用、弱相互作用．D正确．
D
B
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　四种基本相互作用及核力的性质
1. 四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用
(1) 引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”．是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状．万有引力是长程力．
(2) 电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体．
(3) 强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力．
(4) 弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小．
2. 核力的性质
(1) 核力是短程力．约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离为10×10－15 m时核力几乎消失．
(2) 核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．
(3) 核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．
(多选)关于核力，下列说法中正确的是(　　 　)
A. 核力是一种特殊的万有引力
B. 原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用
C. 核力是原子核稳定存在的原因
D. 核力是一种短程力
1
【解析】　核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，原子核半径的数量级为10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，质子间、中子间、质子和中子间都可以有核力作用，核力是原子核能稳定存在的原因，故C、D正确．
CD
　科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用．我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于(　　 )
A. 引力相互作用
B. 电磁相互作用
C. 强相互作用和弱相互作用的共同作用
D. 四种基本相互作用的共同作用
2
【解析】　分子力作用范围约在10－10 m数量级上．强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10－15 m和10－18 m之内，在分子力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用．B正确．
B
考向2　对结合能的理解
1. 不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示．
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要 小　.
2. 比结合能与原子核稳定的关系
(1) 比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越 稳定　.
(2) 核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定．
3. 当比结合能 较小　的原子核转化成比结合能 较大　的原子核时，就可能释放核能．
例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是(　　 )
A. 核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B. 结合能越大的原子核越稳定
C. 重核与中等质量原子核相比较，重核的比结合能较大
D. 中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
3
【解析】　核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D正确．
D
　(多选)(2022·河南灵宝一中)下列说法中正确的是(　　 　)
A. 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B. 结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C. 在核反应过程的前后，反应体系的质量数守恒，但总质量一定减少
D. 一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
4
【解析】　原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，A正确；原子核的比结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定，B错误；在核反应过程的前后，反应体系的质量数守恒，总质量不一定减少，C错误；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，D正确．
AD
考向3　质能方程、质量亏损和核能的计算
1. 根据质能方程E＝ mc2　，物体的总能量与其质量成正比．
2. 质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝ Δmc2　.
3. 核能的计算方法
(1) 根据ΔE＝Δmc2计算．
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．
若Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．
若Δm的单位为u，ΔE的单位为MeV.1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，ΔE＝Δm×931.5 MeV，
(2) 利用平均结合能来计算
①原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．
②核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．
4. 判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法
(1) 根据反应前后质量的变化情况进行判断：若质量减少即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量．
(2) 根据动能变化判断：若不吸收光子而动能增加则放出能量．
(2022·江苏常州三中)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列说法中正确的有(　　 )
5
C
【解析】　一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是 H＋2n→H
反应前各核子总质量为
mp＋2mn＝(1.007 277＋2×1.008 665) u＝3.024 607 u
反应后新核的质量为mH＝3.016 050 u
质量亏损为Δm＝(3.024 607－3.016 050) u＝0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量．
释放的核能为ΔE＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV
6
(2) 氚核的结合能和比结合能各是多少？
巩固验收
1. (多选)关于核力与结合能，下列说法中正确的是( )
A. 核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力，也可为斥力
B. 核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数
C. 比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能
D. 原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定
【解析】　由核力的概念知，核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力，也可为斥力，A正确；核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数，B正确；原子核的比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一定发生质量亏损释放核能，C正确，D错误．
ABC
2. 三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u(1 u＝1.66×10－27 kg)．
(1) 写出核反应方程．
(2) 这个核反应放出的能量是多少焦耳？
【解析】　 Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝12.948×10－30 kg　ΔE＝Δmc2＝1.165×10－12 J
(3) 这个能量合多少MeV
【解析】　 ΔE＝1.165×10－12 J≈7.28 MeV(共25张PPT)
第五章
原子的结构
第二节　放射性元素的衰变
核心目标 1. 了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程．知道半衰期及其统计意义．
2. 知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护．
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　放射性的发现
1. 1896年，法国物理学家____________发现某些物质具有放射性．
2. 物质发射________的性质称为放射性，具有__________的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出________的现象叫天然放射现象．
3. 原子序数_______83的元素，都能自发地发出射线，原子序数___________83的元素，有的也能放出射线．
贝可勒尔
射线
放射性
射线
大于
小于等于
α粒子
β粒子
原子核
α粒子
β粒子
3. 衰变规律
(1) 原子核衰变时__________和__________都守恒．
(2) γ射线伴随__________或__________产生．
特别提醒：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏损)．
电荷数
质量数
α衰变
β衰变
要点3　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. 决定因素：放射性元素衰变的快慢是由______________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. 不同的放射性元素，半衰期________，甚至差别非常大．
特别提醒：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义．
半数
核内部自身
不同
基础内化
1. (多选)关于原子核的衰变，下列说法中正确的是(　　 )
A. α粒子来自原子核，说明原子核里含有α粒子
B. β粒子来自原子中的电子，正如光电效应一样
C. 某些原子核发生衰变说明它们是不稳定的
D. β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
【解析】 发生β衰变时，原子核内的中子转化为质子和电子，B错误，D正确；原子核由质子和中子组成，并不含有α粒子，A错误；某些原子核的核子间结合不太牢固、不稳定，会放出α粒子，C正确．
CD
B
关键能力·分析应用
1
【解析】　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒，A中X质量数为1，电荷数为1，为质子；B中X质量数为0，电荷数为－1，为电子；C中X质量数为1，电荷数为0，为中子；D中X质量数为0，电荷数为－1，为电子，故C正确．
C
　(2022·江苏海门实验学校)如图所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，求在此过程中α衰变的次数及放射出电子的总个数．
2
关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是(　　 )
A. 半衰期是原子核质量减少一半所需的时间
B. 半衰期与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关
C. 氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个氡原子核
D. 氡的半衰期为3.8天，4 g氡原子核，经过7.6天就只剩下1 g氡原子核
3
【解析】　原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半，而并非原子核质量减少一半，故A错误；原子核的衰变快慢是由原子核内部因素决定的，与外界环境或化学状态无关，故B错误；半衰期是一个统计规律，是对大量原子核而言的，对一个或几个原子核来说， 半衰期是没有意义的，某一个或某几个具有放射性的原子核，经过多长时间发生衰变是偶然的，故C错误；由半衰期公式可知D正确．
D
(2022·辽宁沈阳第120中学)在核电站发生核事故后，附近可检测出放射性元素铯137，铯137的半衰期约为30年．假设一条海鱼在15年前体内有2.0×10－8 g的铯137，若铯137在这期间未被代谢出体外，则现在残留在其体内的铯137有(　　 )
A. 0.5×10－8 g B. 1.0×10－8 g
C. 1.4×10－8 g D. 1.5×10－8 g
4
C
B
2. (多选)某校学生在进行社会综合实践活动时，收集并列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途．
同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期
钋210 α 138天 锶90 β 28年 钴60 γ 5年
镅241 β 433天 锝99 γ 6小时 氡 α 3.8天
根据上表分析，下列说法中正确的是(　　 )
A. 塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B. 钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核
C. 把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期不变
D. 用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常．方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
CD
【解析】　因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，A错误；钴60的半衰期为5年，是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，B错误；半衰期与所处外部环境无关，C正确；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为放射源，D正确．

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