高考物理一輪復(fù)習(xí)-第十二章-第1講-原子結(jié)構(gòu)與原子核

目標(biāo)要求三年命題統(tǒng)計(jì)氫原子光譜Ⅰ氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式Ⅰ原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反應(yīng)方程Ⅰ結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆Ⅰ射線的危害與防護(hù)Ⅰ光電效應(yīng)Ⅰ愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅰ備考策略分析近三年命題點(diǎn)和對(duì)核心素養(yǎng)的要求，2022年備考要關(guān)注以下幾點(diǎn)(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律并能用光電效應(yīng)方程計(jì)算。(2)熟記光的波粒二象性及物質(zhì)波的特點(diǎn)。(3)用玻爾理論解釋原子結(jié)構(gòu)模型及氫原子光譜，結(jié)合能級(jí)圖求解原子的躍遷問(wèn)題。(4)掌握原子核的衰變、半衰期、核反應(yīng)方程及核能的計(jì)算。第1講原子結(jié)構(gòu)與原子核一、氫原子光譜、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)物理學(xué)家

發(fā)現(xiàn)了電子。(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家

和他的學(xué)生進(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(guò)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)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說(shuō)它們幾乎被“撞”了回來(lái)。湯姆孫盧瑟福原來(lái)(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)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)。正電荷質(zhì)量2．光譜(1)光譜用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的

(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的

，這樣的光譜叫作線狀譜。有的光譜是連在一起的

，這樣的光譜叫作連續(xù)譜。波長(zhǎng)亮線光帶3．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列

的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是

的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝

。(m>n；h是普朗克常量，h＝6.63×10－34

J·s)(3)軌道：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(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是

的，因此電子的可能軌道也是

的。不連續(xù)穩(wěn)定Em－En不連續(xù)不連續(xù)4．氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)能級(jí)圖如圖所示二、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素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(1)天然放射現(xiàn)象元素

地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明

具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。(2)放射性和放射性元素物質(zhì)發(fā)射某種看不見(jiàn)的射線的性質(zhì)叫

。具有放射性的元素叫

元素。質(zhì)子質(zhì)子數(shù)自發(fā)原子核放射性放射性(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是

、

、

。(4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)①放射性同位素：有

放射性同位素和

放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作

等。③防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害。α射線β射線γ射線天然人工示蹤原子原子核

原子核

(3)半衰期：大量放射性元素的原子核有

發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的

、

無(wú)關(guān)。半數(shù)物理化學(xué)狀態(tài)三、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1．核力(1)定義原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。(2)特點(diǎn)①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)；③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。2．結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時(shí)

的能量或原子核分解為核子時(shí)

的能量，叫作原子核的結(jié)合能。3．比結(jié)合能(1)定義原子核的結(jié)合能與

之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越

。釋放吸收核子數(shù)穩(wěn)定4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝

。原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝

。mc2Δmc2(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的

使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程。(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生

的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。(5)裂變的應(yīng)用：

、核反應(yīng)堆。(6)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、

、防護(hù)層。中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原子彈鎘棒質(zhì)量較大

熱核反應(yīng)

命題點(diǎn)一對(duì)玻爾理論的理解

自主探究1．幾個(gè)概念(1)能級(jí)：在玻爾理論中，原子各個(gè)狀態(tài)的能量值。(2)基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。(3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他能量較高的狀態(tài)。(4)量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。2．能級(jí)圖的意義1.(2021·四川成都調(diào)研)氫原子能級(jí)圖如圖所示，當(dāng)氫原子從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656nm，下列判斷正確的是(

)D

B

命題點(diǎn)二原子核和原子核的衰變

自主探究C

BC

5.(多選)地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過(guò)對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測(cè)定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(shí)(巖石形成初期時(shí)不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的原子總數(shù)，由此可以判斷出(

)BD

A．鈾238的半衰期為90億年B．地球的年齡大致為45億年C.被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶4D．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3命題點(diǎn)三核反應(yīng)及核能

教材引領(lǐng)高考

1．核反應(yīng)的四種類型核反應(yīng)方程、原子核的衰變及核能的計(jì)算在近幾年高考命題中出現(xiàn)的頻率較高，分析高考題可以發(fā)現(xiàn)，每年的考題都是源于教材習(xí)題的拓展提升。教材習(xí)題多以單獨(dú)的核反應(yīng)方程、半衰期的分析或核能計(jì)算為主，而高考題通常會(huì)拓展為核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算的綜合應(yīng)用，甚至拓展為核反應(yīng)方程、原子核的衰變、核能的計(jì)算及動(dòng)量的綜合應(yīng)用，考查學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。同學(xué)們可通過(guò)以下示例認(rèn)真體會(huì)，感悟高考真題與教材習(xí)題間的溯源關(guān)系。[答案]

見(jiàn)解析C

【真題命題立意】本題在典例書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)上，拓展為核反應(yīng)方程與核能計(jì)算的綜合問(wèn)題，題目中的考查點(diǎn)由典例中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒的應(yīng)用，拓展為質(zhì)能方程的應(yīng)用，但考查的核心知識(shí)點(diǎn)仍然是核反應(yīng)中基本規(guī)律的應(yīng)用。解析：因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計(jì)算中可忽略不計(jì)。質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.0078－4.0026)×931MeV≈