第2講　原子結(jié)構(gòu)

9/9第2講原子結(jié)構(gòu)考點(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)和氫原子光譜1.原子結(jié)構(gòu)（1）電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。（2）α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909年，英國物理學(xué)家和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。（3）原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的和幾乎全部都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2.氫原子光譜（1）光譜：用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開，獲得光的（頻率）和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。線狀譜是一條條的；連續(xù)譜是連在一起的。（2）氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律①巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式為1λ＝R∞122－1n2（n＝3，4，5，…），R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1，②氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。?判斷小題1.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是由于它跟金原子中的電子發(fā)生了碰撞。（）2.原子中絕大部分是空的，原子核很小。（）3.核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。（）1.【電子的發(fā)現(xiàn)】（多選）J.J.湯姆孫的陰極射線管的示意圖如圖所示，下列說法正確的是（）

A.若在D1、D2兩極板之間不加電場和磁場，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點(diǎn)B.若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C.若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D.若在D1、D2兩極板之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)2.【α粒子散射實(shí)驗(yàn)】關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下述說法中正確的是（）A.在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°B.使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核及核外電子，當(dāng)α粒子接近核時是核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當(dāng)α粒子接近電子時，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C.實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分，實(shí)驗(yàn)事實(shí)肯定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型D.實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量3.【氫原子光譜】如圖甲所示，放電管兩端加上高壓，管內(nèi)的稀薄氣體會發(fā)光，從其中的氫氣放電管觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有一些分立的不連續(xù)的亮線（圖乙），下列說法正確的是（）A.亮線分立是因?yàn)闅湓佑袝r發(fā)光，有時不發(fā)光 B.有幾條譜線，就對應(yīng)著氫原子有幾個能級C.核式結(jié)構(gòu)決定了氫原子有這種分立的光譜 D.光譜不連續(xù)對應(yīng)著氫原子輻射光子能量的不連續(xù)考點(diǎn)二玻爾理論能級躍遷1.玻爾理論（1）定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中電子繞核的運(yùn)動是的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不產(chǎn)生電磁輻射。（2）躍遷假設(shè)：電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為En）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Em，m＜n）時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝。（h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s）（3）軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是，因此電子的可能軌道也是。

2.能級躍遷（1）能級和半徑公式：①能級公式：En＝1n2E1（n＝1，2，3，…），其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝②半徑公式：rn＝n2r1（n＝1，2，3，…），其中r1為基態(tài)軌道半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。（2）氫原子的能級圖，如圖所示：?判斷小題1.電子吸收某種頻率條件的光子時會從較低的能級躍遷到較高的能級。（）2.電子能吸收任意頻率的光子發(fā)生躍遷。（）3.玻爾的原子理論模型可以很好地解釋氦原子的光譜現(xiàn)象。（）4.原子中電子的實(shí)際運(yùn)動并不具有確定的軌道。（）1.躍遷條件（1）從低能級（m）高能級（n）→吸收能量，hν＝En－Em。（2）從高能級（n）低能級（m）→放出能量，hν＝En－Em。2.電離（1）電離態(tài)：n＝∞，E＝0。（2）基態(tài)→電離態(tài)：E吸＞0－（－13.6eV）＝13.6eV。（3）激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸＞0－En＝E若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。3.譜線種類的確定方法（1）一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線種類最多為（n－1）。（2）一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線種類的兩個求解方法①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝Cn2＝②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。

1.【原子的能量】氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子（）A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量減少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量減少2.【能級躍遷】（2023·山東高考1題）“夢天號”實(shí)驗(yàn)艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導(dǎo)航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實(shí)現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為（）A.ν0＋ν1＋ν3 B.ν0＋ν1－ν3C.ν0－ν1＋ν3 D.ν0－ν1－ν33.【能級躍遷與光電效應(yīng)的綜合】氫原子能級結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是（）A.逸出光電子的最大初動能為10.80eVB.從n＝3能級躍遷到n＝1能級放出的光子動量最大C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D.用0.85eV的光子照射，能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)考點(diǎn)三原子核的衰變及半衰期1.原子核的組成：原子核是由和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的。

2.天然放射現(xiàn)象放射性元素地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。3.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線核

2＋2e4u最最β射線

－－e11較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最最4.原子核的衰變（1）衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種的變化稱為原子核的衰變。（2）原子核的衰變分為α衰變、β衰變。（3）γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。5.半衰期（1）公式：N余＝N原12tT，m余＝m（2）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由決定的，跟原子所處的外部條件（如溫度、壓強(qiáng)）和化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)、化合物）（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。?判斷小題1.三種射線按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線。（）2.β衰變中的電子來源于原子核外電子。（）3.發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變。（）4.如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。（）1.確定衰變次數(shù)的方法（1）設(shè)放射性元素

ZAX經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素

Z'A'Y，則表示該核反應(yīng)的方程為

ZAX→

Z'根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A（2）因?yàn)棣滤プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。

2.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程

ZAX→

Z

ZAX→

Z衰變實(shí)質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子2

11H＋2

0

01n→

11H勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒1.【三種射線】（2023·廣東高考1題）理論認(rèn)為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應(yīng)

612C＋Y→816OA.Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強(qiáng) B.Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強(qiáng)C.Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強(qiáng) D.Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強(qiáng)2.【半衰期的應(yīng)用】宇宙射線進(jìn)入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應(yīng)：714N＋01n→614C＋11H，產(chǎn)生的

614C能自發(fā)進(jìn)行β衰變，A.

614C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是B.β衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子C.近年來由于地球的溫室效應(yīng)，引起

614D.若測得一古木樣品的

614C含量為活體植物的14，3.【衰變次數(shù)的確定】以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中正確的是（）A.核反應(yīng)

92238U→

90234Th＋B.

90234Th衰變?yōu)?/p>

86222Rn，經(jīng)過3次α衰變，C.原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個電子D.J.J.湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型4.【磁場中原子核的衰變】A、B是兩種放射性元素的原子核，原來都靜止在同一勻強(qiáng)磁場，其中一個放出α粒子，另一個放出β粒子，運(yùn)動方向都與磁場方向垂直。圖中a、b與c、d分別表示各粒子的運(yùn)動軌跡，下列說法中正確的是（）A.A放出的是α粒子，B放出的是β粒子 B.a為α粒子運(yùn)動軌跡，d為β粒子運(yùn)動軌跡C.a軌跡中的粒子比b軌跡中的粒子動量小 D.磁場方向一定垂直紙面向外考點(diǎn)四核反應(yīng)及核能的計(jì)算1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)

92238U→90234β衰變自發(fā)

90234Th→91人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?/p>

714N＋24He→＋

24He＋49Be→612

1327Al＋24約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子

1530P→1430重核裂變?nèi)菀卓刂?/p>

92235U＋01n→56144

92235U＋01n→54136輕核聚變現(xiàn)階段很難控制

12H＋13H→2.核反應(yīng)方程式的書寫（1）熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子（11H）、中子（01n）、α粒子（24He）、β粒子（－10e）、正電子（+1（2）掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。（3）由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向。3.核力和核能（1）核力：原子核內(nèi)部，間所特有的相互作用力。（2）結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們需要的能量，叫作原子的結(jié)合能，也叫核能。（3）比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。（4）核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)的能量ΔE＝。原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝。

?判斷小題1.核力就是庫侖力。（）2.原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。（）3.核反應(yīng)中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生。（）核能的計(jì)算方法（1）根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。（2）根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算。因1原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于931.5MeV的能量，所以計(jì)算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。（3）根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)。1.【核反應(yīng)類型】（多選）對四個核反應(yīng)方程（1）92238U→90234Th＋24He；（2）90234Th→91234Pa＋－10e；（3）714N＋A.（1）（2）式核反應(yīng)沒有釋放能量B.（1）（2）（3）式均是原子核衰變方程C.（3）式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程D.利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一2.【核反應(yīng)方程】（2023·北京高考3題）下列核反應(yīng)方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是（）A.92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋（） C.714N＋24He→817O＋（） D.3.【比結(jié)合能的理解】（多選）如圖所示的是原子核的比結(jié)合能（也稱平均結(jié)合能）與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖像，通過該圖像可以得出一些原子核的比結(jié)合能，如

816O的核子比結(jié)合能約為8MeV，

24He的核子比結(jié)合能約為7MeV，A.隨著原子質(zhì)量數(shù)的增加，原子核的比結(jié)合能增大B.2656Fe核的比結(jié)合能最大C.把

816O分成8個質(zhì)子和8個中子比把

816O