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第十五章　近代物理初步
第2讲　原子结构与原子核
素养目标　1.知道原子核式结构、氢原子能级结构.（物理观念） 2.了解放射性、原子核的衰变、半衰期、结合能和质量亏损的概念.（物理观念） 3.了解原子核衰变、核反应的规律.（物理观念） 4.能用氢原子能级结构和能级公式解释氢原子跃迁现象.（科学思维） 5.能够区别原子核的衰变方程和核反应方程.（科学思维） 6.理解爱因斯坦质能方程，能够利用爱因斯坦质能方程求解核能问题.（科学思维）
B
B. 频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置，均产生光电子，其最大初动能之差为hν32
的最大初动能Ekm＝hν－W0，由E31＝E32＋E21可得hν31＝hν32＋hν21，所以两种光电子
BC
A. 这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光
B. 这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz
C. 这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出
D. 一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态
汤姆孙　
卢瑟福　
原来　
90°　
正电荷　
质量　
2. 氢原子光谱
亮线　
光带　
3. 玻尔三条假设
不连续　
稳定　
En－Em　
不连续的　
不连续的　
4. 氢原子能级和能级公式
（1）氢原子的能级公式和轨道半径公式
②半径公式：rn＝n2r1（n＝1，2，3，…），其中r1为基态半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
E1　
（2）氢原子的能级图（如图所示）
深化1　　两类能级跃迁
（1）自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子.
（2）受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量.
①光照（吸收光子）：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.
②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离.
B
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
甲 乙
A. 红色 B. 橙色 C. 绿色 D. 青色
A
角度2　对原子发光及光的颜色的理解
解析：根据玻尔原子理论可知，ENa＝hνNa，ELi＝hνLi，结合题目和题图甲数据，可得νLi≈4.48×1014 Hz，对照题图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态的发光颜色为红色.故选A.
A. 0 g B. 0.25 g
C. 0.5 g D. 0.75 g
B
D
质子　
质子数　
自发　
贝克勒尔　
复杂　
天然　
人工　
示踪原子　
原子核　
原子核


半数　
化学状态　
外部条件　
深化1　　三种射线的比较
名称 本质 符号 电荷量 质量 电离
能力 贯穿
本领
α射线 氦核 ＋2e 4mH 最强 最弱
β射线 电子 －e 较强 较弱
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
深化2　　衰变规律及实质
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 1个中子转化为1个质子和1个电子
匀强磁场中轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
深化3　　确定衰变次数的方法
因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
深化4　　半衰期
（2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子核所处的物理状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关.
D
D
A. 100个113Sn原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个
B. 温度升高，113Sn原子运动更剧烈，其半衰期将变小
C. 113Sn原子与O2反应后生成的氧化物将不再具有放射性
D. 从图中可以得到113Sn的半衰期为115.1 d
D
A. 相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235
D. 核聚变反应过程中没有质量亏损
A
核子间　
放出　
吸收　
mc2　
Δmc2　
质量较大　
热核反应　
深化1　　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
人工转变 人工
控制
约里奥—居里夫妇发现放射性同位素
类型 可控性 核反应方程典例
重核裂变 比较容易进行
人工控制　　
轻核聚变 很难控制
深化3　　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/u计算.因1原子质量单位（1 u）相当于931.5 MeV，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.
深化4　　对质能方程的理解
（1）一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.
（2）核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.
（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＝Δmc2.
A. y＝3
B. x＝33
C. 核反应过程中动量一定不守恒
D. 核反应过程中质量数不守恒
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒知，y＝3，x＝36，A正确，B错误；核反应过程中质量数和动量都守恒，C、D错误.
A
角度2　对人工转变的理解
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
A
限时跟踪检测
A级·基础对点练
题组一　玻尔理论　能级跃迁
A. 每个氢原子向低能级跃迁时，共发出3种频率的光子
B. 这些氢原子向低能级跃迁时，共发出3种频率的光子
C. 这些氢原子向低能级跃迁时需要吸收1.51 eV的能量
D. 这些氢原子只有吸收能量为13.6 eV的光子时才能电离
B
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A. λ1＜λ3 B. λ3＜λ2
C. λ3＞λ2
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A. 温度变化时，天然放射性元素的半衰期不会变化
B. 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
C. α射线与γ射线都是电磁波，但α射线的穿透本领比γ射线强
AB
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A. k＝1
B. X为电子
B
题组三　核反应及核能计算
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A. X的核子数为113
B. X的质子数为87
C. 由于发生质量亏损，X的比结合能比锕204的比结合能小
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A. Kr有36个质子，89个中子
C. 核反应前、后原子核的总质量保持不变
D. 镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子，使反应减慢
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B级·能力提升练
A. 氢原子向低能级跃迁时最多发出3种不同频率的光
B. 氢原子跃迁时发出的光子中能量最大的为0.85 eV
C. 动能为0.33 eV的电子碰撞处于n＝4能级的氢原子，氢原子会发生跃迁
D. 氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出光子的频率大于由n＝3能级跃迁至n＝2能级时发出光子的频率
C
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A. 质量亏损Δm＝4.021 78 u
B. 释放的核能ΔE＝（m1＋m2－2m3）c2
C. 铍原子核内的中子数是5
D. X表示的是氚原子核
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（2）若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小；
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（3）设该衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损Δm.
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