第一部分必考内容选修3-5 第十二章波粒二象性原子结构和原子核第2讲原子结构原子核

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第2讲　原子结构　原子核

知识要点

一、原子结构

1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。

2.原子的核式结构

(1)α 粒子散射实验：1909～1911 年，英国物理学家卢瑟福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原来

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。(如图 1所示)

图1

(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几

乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

二、氢原子光谱

1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和

强度分布的记录，即光谱。

2.光谱分类

3.氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式

＝R，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。

4.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质

的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

三、氢原子的能级、能级公式

1.玻尔理论

(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是

稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，

光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hν＝Em－ E n。(h是普朗克常量，h＝

6.63×10－34 J·s)

(3)轨道：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

的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

2.氢原子的能级

能级图如图 2所示

图2

四、天然放射现象和原子核

1.天然放射现象

(1)天然放射现象

元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明

原子核具有复杂的结构。

(2)放射性同位素的应用与防护

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位

素的化学性质相同。

②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。

③防护：防止放射性对人体组织的伤害。

2.原子核的组成

(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带

电。

(2)基本关系

①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数。

②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。

(3)X 元素的原子核的符号为 X，其中 A表示质量数，Z表示核电荷数。

3.原子核的衰变、半衰期

(1)原子核的衰变

①原子核放出 α粒子或 β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

②分类

α衰变：X→Y＋He

β衰变：X→Y＋e

当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生 α衰变，有的发生 β衰变，

同时伴随着γ辐射。

③两个典型的衰变方程

α衰变：U→Th＋He

β衰变：Th→Pa＋e。

(2)半衰期

①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

② 影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所

处的化学状态和外部条件没有关系。

(3)公式：N余＝N原·()，m余＝m原·()。

4.核力和核能

(1)原子核内部，核子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＝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＝Δ mc 2

。

5.裂变反应和聚变反应

(1)重核裂变

①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的

原子核的过程。

② 典型的裂变反应方程：

U＋n→Kr＋Ba＋3n。

③ 链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。

④ 临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质

量。

⑤ 裂变的应用：原子弹、核反应堆。

⑥ 反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。

(2)轻核聚变

①定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温

下进行，因此又叫热核反应。

② 典型的聚变反应方程：

H＋H→He＋n＋17.6 MeV

基础诊断

1.如图 3所示是卢瑟福的 α粒子散射实验装置。在一个小铅盒里放有少量的放射

性元素钋，它发出的 α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金

箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)

图3

A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据

B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性

C.α 粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转

D.绝大多数的 α粒子发生大角度偏转

解析　卢瑟福根据 α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项 A正确；

卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，

B错误；电子质量太小，对 α粒子的影响不大，选项 C错误；绝大多数 α粒子

穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，D错误。

答案　A

2.(多选)如图 4所示是氢原子的能级图，一群氢原子处于 n＝3能级，下列说法

中正确的是(　　)

图4

A.这群氢原子跃迁时能够发出 3种不同频率的光子

B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV

C.从n＝3能级跃迁到 n＝2能级时发出的光波长最大

D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁

解析　根据 C＝3知，这群氢原子能够发出 3种不同频率的光子，故 A正确；由

n＝3能级跃迁到 n＝1能级辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51)eV＝12.09

eV，故 B错误；从 n＝3能级跃迁到 n＝2能级辐射的光子能量最小，频率最小，

则波长最大，故 C正确；一群处于 n＝3能级的氢原子向更高能级跃迁，吸收的

能量必须等于两能级之差，故 D错误。

答案　AC

3.放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是(　　)

A.α 射线，β射线，γ射线 B.γ 射线，β射线，α射线

C.γ 射线，α射线，β射线 D.β 射线，α射线，γ射线

解析　贯穿能力最强的是 γ射线，β射线次之，α射线最弱，故正确答案为 B项。

答案　B

4.以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋Li→2y

y＋N→x＋O　y＋Be→z＋C

x、y和z是3种不同的粒子，其中 z是(　　)

A.α 粒子 B.质子

C.中子 D.电子

解析　根据质量数和电荷数守恒，三个核反应方程为 H＋Li→2He，He＋N→

H＋O，He＋Be→n＋C，z为中子，C项正确。

答案　C

5.截止到2018 年1月，全球30 个国家和地区共有440 个核电机组，总装机容量

为390 GW，发电量约占全球发电量的 11%。铀235 是核电站的主要核燃料，核

反应堆在工作时，铀235 既发生裂变，也发生衰变。铀235 裂变方程为：U＋

n→X＋Kr＋3n，衰变方程为：U→Y＋He，则下列说法正确的是(　　)

A.裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量

B.裂变产生的新核X中含有88 个中子

C.衰变产生的新核Y不再具有放射性

D.核裂变释放能量产生的高温会加快铀 235 的衰变

解析　裂变和衰变的过程均有质量亏损，即向外释放能量，A错误；由核反应

中的电荷数守恒和质量数守恒可知，裂变反应产生的新核 X中含有 144 个核子，

含有 56 个质子，因此新核 X中含有 144－56＝88 个中子，B正确；衰变产生的

新核 Y含有 90 个质子，即原子序数为 90，又原子序数大于或等于 83 的元素都

具有放射性，可知 C错误；铀 235 的衰变速度(半衰期)不受温度影响，D错误。

答案　B

6.(多选)2018 年我国的大科学装置“人造太阳”再创奇迹，加热功率已超过10

MW，这为人类开发利用核聚变清洁能源提供了重要的技术基础。关于核能，下

列说法正确的是(　　)

A.“人造太阳”和核电站都是利用核聚变原理释放核能的

B.在原子核反应中，反应后比结合能变大表示该核反应过程吸收能量

C.在氘核聚变反应方程H＋H→He＋X中，X表示的是中子

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摘要：

第2讲　原子结构　原子核知识要点一、原子结构1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。2.原子的核式结构(1)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福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原来方向前进，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。(如图1所示)图1(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。二、氢原子光谱1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的...

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