高三物理一轮复习优质学案：原子结构 原子核

高三物理一轮复习 1 基础课2 原子结构 原子核

知识排查 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。

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1λ

＝R122－1n2，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。 高三物理一轮复习 2 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。

氢原子的能级、能级公式 1.理尔理论 (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－En。(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、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图2所示

图2 (2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝1n2E1 (n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1 (n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。

原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1.原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 高三物理一轮复习 3 2.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。 3.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。 4.原子核的衰变 (1)衰变：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：AZX→A－4Z－2Y＋42He 如：238 92U→234 90Th＋42He；

β衰变：AZX→ AZ＋1Y＋0－1e 如：234 90Th→234 91Pa＋0－1e；

(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

核力和核能 1.核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 2.核能 (1)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。 (2)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。

裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 核反应方程 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： 235 92U＋10n→8936Kr＋144 56Ba＋310n。 高三物理一轮复习 4 (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： 21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV

小题速练 1.(多选)从α粒子散射实验结果出发推出的结论，其中正确的是( ) A.金原子内部大部分都是空的 B.金原子是一个球体 C.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况 D.原子核的半径的数量级是10－15 m

解析 α粒子散射实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大角度的偏转，并有极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至几乎被反弹回来，则从α粒子散射实验结果出发推出的结论有金原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子核的半径的数量级是10－15

m，不能说明金原子是球体，选项A、C、D正确。

答案 ACD 2.(2018·湖南衡阳模拟)下列有关氢原子光谱的说法正确的是( ) A.氢原子的发射光谱是连续谱 B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C.氢原子光谱说明氢原子能量是连续的 D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 高三物理一轮复习 5 解析 由于氢原子发射的光子的能量E＝En－Em＝1n2E1－1m2E1＝m2－n2n2m2E1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特定频率的谱线，故选项A错误，B正确；由于氢原子的轨道是不连续的，根据玻尔原子理论知氢原子的能级也是不连续的，即是分立的，故选项C错误；当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为E＝En－Em＝hν，显然n、m的取

值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，选项D错误。 答案 B 3.(2017·上海单科)由放射性元素放出的氦核流被称为( ) A.阴极射线 B.α射线 C.β射线 D.γ射线

解析 本题考查天然放射现象。在天然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确。 答案 B 4.(2017·上海单科)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的( ) A.核子数 B.电子数 C.中子数 D.质子数

解析 本题考查对同位素的认识。同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，选项D正确。 答案 D 5.(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是( ) A.238 92U→234 90Th＋42He是α衰变 B.14 7N＋42He→17 8O＋11H是β衰变 C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变 D.8234Se→8236Kr＋2 0－1e是重核裂变 高三物理一轮复习 6 答案 AC 6.(2018·高考领航冲刺卷)已知真空中的光速c＝3.0×108 m/s，下列说法正确的是( ) A.铋210的半衰期是5天，经过10天，32个铋210衰变后还剩下8个 B.用中子轰击铀核的核反应方程为235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，属于原子核的衰变 C.若核反应10n＋11H―→21H释放出2.2 MeV能量，该过程质量亏损为3.9×10－30 kg D.某原子核AZX吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个α粒子，则A＝7，Z＝2

解析 半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律，少数原子核不适用此规律，选项A错误；235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋31

0n是原子核的裂变，选项B错误；

根据ΔE＝Δmc2，可得Δm＝3.9×10－30

kg，选项C正确；根据质量数和电荷数守

恒可知A＋1＝8，Z＋1＝4，则A＝7，Z＝3，选项D错误。 答案 C 7.根据所给图片结合课本相关知识，下列说法正确的是( )

图3 A.图3甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有粒子性 B.图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级高三物理一轮复习 7 不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同 C.图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在α、β、γ三种射线中，最有可能使用的射线是β射线 D.图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，由图可知中等大小的核的比结合能最大，即(核反应中)平均每个核子的质量亏损最小

解析 题图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有波动性，选项A错误；题图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同，选项B正确；题图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在α、β、γ三种射线中，由于γ射线穿透能力最强，最有可能使用的射线是γ射线，选项C错误；题图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，可知中等大小的核的比结合能最大，即在核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量最大，平均每个核子的质量亏损最大，选项D错误。 答案 B

原子的核式结构 玻尔理论 1.定态间的跃迁——满足能级差 (1)从低能级(n小)――→跃迁 高能级(n大)―→吸收能量。 hν＝En大－En小

(2)从高能级(n大)――→跃迁 低能级(n小)―→放出能量。 hν＝En大－En小

2．电离

电离态：n＝∞，E＝0 基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV电离能。 n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV