资源简介

2020届高三新课标物理一轮原创精品学案
专题37
原子结构
原子核
教学目标：1．了解氢原子光谱，了解氢原子的能级结构、能级公式
2．了解原子核的组成、放射性、原子核衰变、半衰期，放射性同位素
3．了解核力、核反应方程，结合能、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆。
本讲重点：原子核的人工转变、原子核的组成及核能的开发与利用
本讲难点：1．原子核的组成和核能
2．原子核的人工转变、原子核的组成及核能
考点点拨：1．原子结构、氢原子能级
2．原子核的组成
3．核能
第一课时
一、考点扫描
4．氢原子能级及氢光谱
（1）氢原子能级：
（2）氢光谱
在氢光谱中，n=2，3，4，5，……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3，4，5，6向n=2跃进迁发光形成马尔末线系；n=4，5，6，7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5，6，7，8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线生活费的前4条谱线落在可见光区域内。
5．天然放射现象
（1）天然放射现象中三种射线及其物质微粒的有关特性的比较。
射线
射线
射线
射线
物质微粒
氦核
电子
光子
带电情况
带正电（2e）
带负电（-e）
不带电
速度
约为
接近c
贯穿本领
小（空气中飞行几厘米）
中（穿透几毫米铝板）
大（穿透几厘米铅板）
电离作用
强
次
弱
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：
6．半衰期
（1）定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需要的时间。
（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。
（3）特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的_______状态或______状态无关。
（4）理解：N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的这种核的个数为。常见错误是：N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。第二种错误是：若有10个放射性元素的核，经过一个半衰期T，将衰变5个。事实上，
而对于少量的核（如10个），是无法确定其衰变所需要的时间的。
7．原子核的人工转变和原子核的组成
用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为
8．核能
（1）核反应中放出的能叫________。
（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_____________。
（二）重难点阐释
1．粒子散射的简单解释。
首先，由于质量的悬殊便可判定，粒子的偏转不会是因为电子的影响，而只能是因为原子中除电子外的带正电的物质的作用而引起的；其次，原子中除电子外的带正电的物质不应是均匀分布的（否则对所有的粒子来说散射情况应该是一样的），而“绝大多数”“少数”和“极少数”
粒子的行为的差异，充分地说明这部分带正电的物质只能高度地集中在在一个很小的区域内；再次，从这三部分行为不同的粒子数量的差别的统计，不难理解卢瑟福为什么能估算出这个区域的直径约为10-15m。
2．玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。
3．从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E
≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。
二、高考要点精析
（一）原子结构、氢原子能级
☆考点点拨
氢原子从一个能级向另一个能级跃迁时，要吸收或放出光子，吸收或放出的光子能量等于两个能级的差值。
【例1】用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①hν1；②
hν3；③h
（ν1+ν2）；④h
（ν1+ν2+ν3）以上表示式中
A．只有①③正确
B．只有②正确
C．只有②③正确
D．只有④正确
解析：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明这时氢原子处于第三能级。根据玻尔理论应该有hν3=E3-
E1，hν1=E3-
E2，hν2=E2-
E1，可见hν3=
hν1+
hν2=
h（ν1+ν2），所以照射光子能量可以表示为②或③，答案选C。
☆考点精炼
1．卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有
（
）
A．原子的中心有个核，叫做原子核
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在校外绕着核旋转
2．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。例如在某条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为En=，式中n=1,2,3,…表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是（
）
A．3A/16
B．7A/16
C．11A/16
D．13A/16
（二）原子核的组成
☆考点点拨
天然放射现象说明原子核具有复杂结构。要了解三种天然放射线的特性及其物质微粒的构成，了解衰变方程和半衰期的概念。
卢瑟福首先做了用粒子轰击氮原子核的实验。反应方程式，发现质子。1930年查德威克发现中子，核反应方程
，发现中子。原子核是由质子和中子组成的。
【例4】
关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害
解析：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出。γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种。用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量。本题选D。
☆考点精炼
3．近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核X经过6次α衰变后成为Fm，由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是
A.124，259
B.124，265
C.112，265
D.112，277
4．完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。
⑴N+n
→C+_____
⑵
N+He
→O+_____
⑶
B+n
→_____+He
⑷Be+He
→_____+n
⑸Fe+H
→Co+_____
第二课时
（三）核能
☆考点点拨
计算核能的依据是爱因斯坦的质能联系方程。ΔE=Δmc2。
1原子质量单位的质量跟931MeV的能量相对应。
凡是释放核能的核反应都有质量亏损。重核裂变和轻核聚变都会释放核能。
【例6】一个氢原子的质量为1.6736×10-27kg，一个锂原子的质量为11.6505×10-27kg，一个氦原子的质量为6.6467×10-27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，⑴写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？⑵1mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？
解析：⑴H+Li
→2He
反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程ΔE=Δmc2得释放核能ΔE=2.76×10-12J
⑵1mg锂原子含锂原子个数为10-6÷11.6505×10-27，每个锂原子对应的释放能量是2.76×10-12J，所以共释放2.37×108J核能。
【例8】静止在匀强磁场中的一个B核俘获了一个速度为向v
=7.3×104m/s的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核。测得α粒子的速度为2×104
m/s，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。求：⑴写出核反应方程。⑵画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）。⑶求α粒子与新核轨道半径之比。⑷求α粒子与新核旋转周期之比。
☆考点精炼
6．下面是一核反应方程用c表示光速，则（
）
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减氦核与质子的质量和，再乘c2
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减氦核与中子的质量和，再乘c2
7．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（
）。
A．
B．
C．
D．
考点精炼参考答案
1．ACD
2．C
3．每次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，因此该超重元素的质量数应是277，电荷数应是112，选D。
4．解：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定：⑴H，⑵H，发现质子的核反应方程
⑶Li，⑷C，发现中子的核反应方程
⑸n
5．设甲、乙两核质量分别为m甲，m乙，电量分别为q甲，q乙。
由动量与动能关系和可得
：=：=4：1。
三、考点落实训练
1．在核反应方程的括弧中，X所代表的粒子（
）
A．
B．
C．
D．
2．下面列出的是一些核反应方程
其中（
）
A．X是质子，Y是中子，Z是正电子
B．X是正电子，Y是质子，Z是中子
C．X是中子，Y是正电子，Z是质子
D．X是正电子，Y是中子，Z是质子
3．卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有
A．原子的中心有个核，叫做原子核
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核旋转
4．关于衰变中所放出的电子，下列说法正确的是（
）
A．由于它是从原子核中释放出来的，所以它是原子核的组成部分
B．它是核外电子从内层轨道跃迁时放出的
C．当它通过空气时，电离作用很强
D．它的贯穿本领很强
5．在下列四个方程中X1、X2、X3、X4各代表某种粒子，
（1）（2）
（3）
（4）
以下判断正确的是（
）
A．X1是中子
B.X2是质子
C.X3是粒子
D.X4是氘核
9．天然放射性元素（钍）经过一系形α衰变和β衰变之后，变成（铅）。下列论断中正确的是
（
）
A．铅核比钍核少24个中子
B．铅核比钍核少8个质子
C．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变
D．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变
考点落实训练参考答案
1．A
2．D
3．ACD
4．D虽然衰变中的电子是从原子核中释放的，但电子不是原子核的组成部分，原子核由质子和中子组成，中子衰变为质子时放出电子，方程为。根据射线的性质知D正确。
5．AC根据核反应方程的两边质量数、电荷数守恒知道AC正确。
7．C
8．C
9．BD
10．B
11．BD
12．α粒子散射，见图（1）
PAGE

展开更多......

收起↑