人教版高考物理一轮复习听课手册 第31讲原子和原子核Word文件下载.docx

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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.

例1如图31-2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31-2

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

变式题1在α粒子散射实验中,电子对α粒子运动的影响可以忽略.这是因为与α粒子相比,电子的（　　）

A.电荷量太小B.速度太小

C.体积太小D.质量太小

变式题2[2015·

安徽卷]如图31-3所示是α粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动.图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是（　　）

图31-3

A.M点B.N点C.P点D.Q点

考点二　玻尔理论和氢原子能级结构

（1）氢原子从高能级（能量为E1）向低能级（能量为E2）跃迁,辐射的光子能量hν=E1-E2;

反之,原子从低能级吸收光子能量hν,则向高能级跃迁,hν=E1-E2.辐射或吸收的光子能量一定等于原子的能级差.

（2）氢原子由激发态向基态或其他较低能级跃迁,具有随机性,一个原子会有多种可能的跃迁.一群氢原子处于激发态,则各种可能的跃迁都会发生,所以会同时得到氢原子辐射的全部光子种类.如一群处于量子数为n的激发态的氢原子跃迁到基态时,可能辐射出的光谱条数（即频率数）为,而单个处于量子数为n的激发态的氢原子跃迁到基态时,最多可能辐射出的光谱条数为n-1.

（3）只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量（hν=E1-E2）时,原子才吸收光子并跃迁到激发态;

当照射光子的能量大于基态能级的绝对值（即电离能）时,光子一定能被原子吸收并使之电离,剩余能量为自由电子的动能.实物粒子与原子作用时,若使原子获得足够的能量,则也能使原子电离.

例2（多选）如图31-4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31-4

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10.2eV

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

变式题1图31-5甲为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱图.已知谱线b是氢原子从n=5的能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线,则谱线a可能是氢原子（　　）

乙

图31-5

A.从n=2的能级跃迁到n=1的能级时发出的光谱线

B.从n=3的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线

C.从n=4的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线

D.从n=4的能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线

变式题2[2018·

浙江金华十校联考]如图31-6所示是氢原子的能级图.处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到n=5能级,然后发出光线.已知普朗克常量h=6.63×

10-34J·

s,则（　　）

图31-6

A.该外来单色光的能量为12.75eV

B.该氢原子发射的所有谱线中,最长的波长为4000nm

C.该氢原子发射的所有谱线中,最短波长的光子动量为6.97×

10-27kg·

m/s

D.该氢原子发射的光照射逸出功为3.34eV的金属锌,光电子最大初动能约为9.72eV

■要点总结

氢原子能级图与氢原子跃迁问题的解答技巧

（1）能级之间发生跃迁时放出的光子频率是不连续的.

（2）能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由hν=Em-En求得,而波长可由公式c=λν求得.

（3）一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n-1）条.

（4）一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:

①用数学中的组合知识求解:

N==.

②利用能级图求解:

在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加.

考点三　原子核的衰变及射线

1.衰变规律及实质

（1）α衰变、β衰变的比较

衰变类型

α衰变

β衰变

衰变过程

XYHe

XYe

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

H+nHe

nHe

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

（2）γ射线:

γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量（原子核处于激发态）而辐射出光子.

2.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.

3.半衰期

（1）公式:

N余=N原,m余=m原.

（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.

例3[2017·

全国卷Ⅱ]一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为UThHe,下列说法正确的是（　　）

A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能

B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小

C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间

D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量

变式题一个静止的铀核放在匀强磁场中,它发生一次α衰变后变为钍核,α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动.某同学作出如图31-7所示的运动径迹示意图,以下判断正确的是（　　）

图31-7

A.1是α粒子的径迹,2是钍核的径迹

B.1是钍核的径迹,2是α粒子的径迹

C.3是α粒子的径迹,4是钍核的径迹

D.3是钍核的径迹,4是α粒子的径迹

例4[2018·

宁波中学模拟]如图31-8所示是卢瑟福设计的一个实验:

他在铅块上钻了一个小孔,孔内放入一点镭,使射线只能从这个小孔里发出,随后他将射线引入磁场中,发现射线立即分成三股,他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线.基于对这三种射线的深入分析,卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖.以下对这三束射线描述准确的是（　　）

图31-8

A.α射线的穿透能力最弱,容易被物体吸收

B.β射线在真空中的运动速度是光速

C.γ射线本质上是波长极短的电磁波,电离能力极强

D.β射线带负电,是来自镭原子的核外电子

变式题在很多装饰材料中都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是（　　）

A.α射线、β射线和γ射线都是电磁波

B.在α、β、γ三种射线中,γ射线的电离能力最强

C.氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过7.6天后一定只剩下1个氡原子核

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

三种射线的比较

种类

α射线

β射线

γ射线

组成

高速氦核流

高速电子流

光子流（高频电磁波）

带电荷量

2e

-e

（续表）

质量

4mp,

mp=1.67×

10-27kg

静止质量为零

速度

0.1c

0.99c

c（光速）

在电磁场中

偏转

与α射线

反向偏转

不偏转

贯穿本领

最弱,用纸能挡住

较强,能穿透几毫米厚的铝板

最强,能穿透几厘米厚的铅板

对空气的

电离作用

很强

较弱

很弱

考点四　核反应类型及核能计算

1.核反应的四种类型

类型

可控性

核反应方程典例

衰变

自发

UThHe

ThPae

人工

转变

人工控制

NHeOH（卢瑟福发现质子）

HeBeCn（查德威克发现中子）

AlHe→

Pn

约里奥-居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子

PSie

重核裂变

容易控制

UnBaKr+n

UnXeSr+1n

轻核聚变

很难控制

HHHen

2.核能的计算方法

（1）根据ΔE=Δmc2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=核子的比结合能×

核子数.

核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.

例5[2016·

全国卷Ⅱ]在下列描述核过程的方程中,属于α衰变的是　　　　,属于β衰变的是　　　　,属于裂变的是　　　　,属于聚变的是　　　　.（填正确答案标号） 

A.CNe

B.PSe

C.UThHe

D.NHeOH

E.UnXeSr+n

F.HHHen

变式题[2017·

天津卷]我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是（　　）

图31-9

A.HHHen

B.NHeOH

C.HeAlPn

D.UnBaKr+n

例6[2017·

全国卷Ⅰ]大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是HHHen.已知H的质量为2.0136uHe的质量为3.0150un的质量为1.0087u,1u=931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为（　　）

A.3.7MeVB.3.3MeV

C.2.7MeVD.0.93MeV

变式题1（多选）原子核的比结合能曲线如图31-10所示.根据该曲线,下列判断正确的是（　　）

图31-10

A.He核的结合能约为14MeV

B.He核比Li核更稳定

C.两个H核结合成He核时释放能量

D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大

变式题2卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子.发现质子的核反应为NHeOH.已知氮核的质量为mN=14.00753u,氧核的质量为mO=17.00454u,氦核质量为mHe=4.00387u,质子（氢核）质量为mp=1.00815u.（1u质量对应931MeV能量,结果保留两位有效数字）

（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应?

相应的能量变化为多少?

（2）若入射氦核以v0=3×

107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应生成的氧核和质子同方向运动,且速度大小之比为1∶50,求氧核的速度大小.

原子物理中两个守恒定律的应用

若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的原子核过程中满足动量守恒的条件,则

m1v1+m2v2=m3v3+m4v4+……

若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能,由能量守恒定律得

m1+m2+ΔE=m3+m4+……

完成课时作业（三十一）