原子結(jié)構(gòu)[記一記]1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家

進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：①實(shí)驗(yàn)裝置：如圖13－3－1所示。圖13－3－1盧瑟福原子結(jié)構(gòu)[記一記]1．原子的核式結(jié)構(gòu)圖13－3－1盧瑟福②實(shí)驗(yàn)結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿

前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90°，甚至被彈回。(3)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原方向②實(shí)驗(yàn)結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿 前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較3．玻爾的原子模型(1)玻爾理論：①軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，電子繞核運(yùn)動(dòng)的可能軌道是

。②定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是不連續(xù)的。這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個(gè)定態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。③躍遷假設(shè)：原子從一個(gè)能量狀態(tài)向另一個(gè)能量狀態(tài)躍遷時(shí)要放出或吸收一定頻率的光子，光子的能量等于兩個(gè)狀態(tài)的能量差，即hν＝

。不連續(xù)的Em－En3．玻爾的原子模型不連續(xù)的Em－En(2)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

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

。(3)氫原子的能級(jí)和軌道半徑：①氫原子的半徑公式：rn＝

(n＝1,2,3…)，其中r1為基態(tài)半徑，r1＝0.53×10－10m。最低正整數(shù)n2r1(2)幾個(gè)概念：最低正整數(shù)n2r1[試一試]1．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是(

)圖13－3－2解析：α粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn)，越靠近金原子核，偏轉(zhuǎn)的角度越大，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確答案：D

[試一試]圖13－3－2解析：α粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn)，越靠近金原子核[想一想]

如圖13－3－3甲是α、β、γ三種射線穿透能力的示意圖，圖乙是工業(yè)上利用射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部的傷痕的示意圖。圖13－3－3原子核[想一想]如圖13－3－3甲是α、β

請(qǐng)思考：(1)圖甲中到達(dá)鋁板和到達(dá)混凝土的射線各是什么射線？

(2)圖乙中用于金屬內(nèi)部探傷的是哪種射線？

[提示]

(1)α射線的穿透能力很弱，一張紙就能擋住，β射線的穿透能力很強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板，γ射線的穿透能力更強(qiáng)，可以穿透幾厘米厚的鉛板，故到達(dá)鋁板的為β和γ射線，到達(dá)混凝土的是γ射線。

(2)只有γ射線才具有足夠的穿透力，能進(jìn)行金屬內(nèi)部的傷痕檢查。請(qǐng)思考：(1)圖甲中到達(dá)鋁板和到達(dá)混凝土的[記一記]1．四個(gè)概念(1)放射性：物質(zhì)放射出

的性質(zhì)。(2)放射性元素：具有

的元素。(3)同位素：具有相同

數(shù)和不同

數(shù)的原子核。(4)放射性同位素：具有

的同位素。射線放射性中子質(zhì)子放射性[記一記]1．四個(gè)概念射線放射性中子質(zhì)子放射性2．原子核的組成(1)原子核：由

和

組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為

。(2)核電荷數(shù)(Z)：等于核內(nèi)

，也等于核外

，還等于元素周期表中的

。(3)核質(zhì)量數(shù)(A)：等于核內(nèi)的

，即

與

之和。質(zhì)子中子核子質(zhì)子數(shù)電子數(shù)原子序數(shù)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)2．原子核的組成質(zhì)子中子核子質(zhì)子數(shù)電子數(shù)原子序數(shù)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)3．原子核的衰變(1)三種射線的比較：氦核電子光子2e－e3．原子核的衰變氦核電子光子2e－e0.1c0.99c很強(qiáng)很弱0.1c0.99c很強(qiáng)很弱人教版高中物理133原子結(jié)構(gòu)和原子核課件4．核力與核能(1)核力：①含義：原子核里的

存在互相作用的核力，核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。②特點(diǎn)：a．核力是

的一種表現(xiàn)。b．核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)。c．每個(gè)核子只跟

的核子發(fā)生核力作用。核子間強(qiáng)相互作用鄰近4．核力與核能核子間強(qiáng)相互作用鄰近(2)核能：①結(jié)合能：把構(gòu)成原子核的結(jié)合在一起的

分開所需的能量。②質(zhì)能方程：一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝

。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝

。③質(zhì)能方程的意義：質(zhì)量和能量是物質(zhì)的兩種屬性，質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量是不可分割的，它建立了兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系。核子mc2Δmc2(2)核能：核子mc2Δmc2(3)獲得核能的途徑：①重核裂變：定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。特點(diǎn)：a.裂變過程中能夠放出巨大的能量；b.裂變的同時(shí)能夠放出2～3(或更多)個(gè)中子；c.裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對(duì)于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。(3)獲得核能的途徑：人教版高中物理133原子結(jié)構(gòu)和原子核課件[試一試]2．一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m，鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛，已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的是(

)[試一試]答案：C

答案：C能級(jí)躍遷與光譜線1.對(duì)氫原子的能級(jí)圖的理解(1)氫原子的能級(jí)圖(如圖13－3－4)。圖13－3－4能級(jí)躍遷與光譜線1.對(duì)氫原子的能級(jí)圖的理解圖13－3－4(2)氫原子能級(jí)圖的意義：①能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)。②橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能級(jí)。③相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級(jí)差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越小。④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷條件為：hν＝Em－En。(2)氫原子能級(jí)圖的意義：2．關(guān)于能級(jí)躍遷的三點(diǎn)說明(1)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能。(2)當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小。反之，軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大、電子動(dòng)能減小，原子能量增大。2．關(guān)于能級(jí)躍遷的三點(diǎn)說明[例1]

(2013·聊城模擬)如圖13－3－5為氫原子能級(jí)的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是(

)圖13－3－5[例1](2013·聊城模擬)如圖13－3－5為氫原子能級(jí)A．最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的B．頻率最小的光是由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D．用n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)[審題指導(dǎo)]解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)明顯衍射條件與波長(zhǎng)的關(guān)系。A．最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)(2)發(fā)生光電效應(yīng)的條件。(3)能級(jí)差大小與光的頻率、波長(zhǎng)的大小關(guān)系。[答案]

D(2)發(fā)生光電效應(yīng)的條件。[答案]D原子躍遷的兩種類型(1)原子吸收光子的能量時(shí)，原子將由低能級(jí)態(tài)躍遷到高能級(jí)態(tài)。但只吸收能量為能級(jí)差的光子，原子發(fā)光時(shí)是由高能級(jí)態(tài)向低能級(jí)態(tài)躍遷，發(fā)出的光子能量仍為能級(jí)差。(2)實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離，是通過實(shí)物粒子和原子碰撞來實(shí)現(xiàn)的。在碰撞過程中，實(shí)物粒子的動(dòng)能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩個(gè)能級(jí)差值，就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級(jí)；當(dāng)入射粒子的動(dòng)能大于原子在某能級(jí)的能量值時(shí)，也可以使原子電離。原子躍遷的兩種類型原子核的衰變規(guī)律1.衰變方程2．三種衰變的實(shí)質(zhì)(1)α衰變：α衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核同時(shí)放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子(即氦核)的過程，每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素比較，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4。原子核的衰變規(guī)律1.衰變方程2．三種衰變的實(shí)質(zhì)(2)β衰變：β衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子的過程。每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素比較，核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變。(3)γ衰變：γ衰變是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生的，γ衰變不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。3．對(duì)衰變的說明(1)原子核在發(fā)生衰變時(shí)，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(2)外界條件，如壓強(qiáng)、溫度、化學(xué)反應(yīng)等都不能改變放射性元素的半衰期。(2)β衰變：β衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個(gè)中子C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子圖13－3－6圖13－3－6[審題指導(dǎo)]解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)原子核發(fā)生α、β衰變次數(shù)的確定方法。(2)質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系。[嘗試解題]

(1)設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232＝208＋4x90＝82＋2x－y[審題指導(dǎo)][嘗試解題]解得x＝6，y＝4，C錯(cuò)D對(duì)。鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A對(duì)。鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B對(duì)。[答案]

(1)ABD

(2)正電子56天解得x＝6，y＝4，C錯(cuò)D對(duì)。[答案](1)ABD(2)人教版高中物理133原子結(jié)構(gòu)和原子核課件核反應(yīng)方程的書寫與核能的計(jì)算1.核反應(yīng)的四種類型人工控制人工轉(zhuǎn)變自發(fā)β衰變自發(fā)α衰變衰變核反應(yīng)方程典例可控性類型核反應(yīng)方程的書寫與核能的計(jì)算1.核反應(yīng)的四種類型人工人工自發(fā)(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子)人工控制人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)方程典例可控性類型(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子)人工人工很難控制輕核聚變比較容易進(jìn)行人工控制重核裂變核反應(yīng)方程典例可控性類型很難控制輕核聚變比較容易進(jìn)行人工控制重核核反應(yīng)方程典例可控性2．核反應(yīng)方程式的書寫(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“―→”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。2．核反應(yīng)方程式的書寫(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確3．核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)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(shí)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)。3．核能的計(jì)算方法(1)寫出鈾核裂變的核反應(yīng)方程；(2)求9.2kg純鈾235完全裂變所釋放的能量是多少？(取兩位有效數(shù)字)[審題指導(dǎo)](1)發(fā)生一次核反應(yīng)釋放的核能可用ΔE＝Δmc2計(jì)算。(2)要確定9.2kg純鈾235完全裂變釋放的核能應(yīng)確定其核反應(yīng)發(fā)生的總次數(shù)。(1)寫出鈾核裂變的核反應(yīng)方程；(2)因?yàn)橐粋€(gè)鈾核裂變的質(zhì)量虧損Δm＝(235.0439u＋1.0087u)－(89.9077u＋135.9072u＋10×1.0087u)＝0.1507u，故9.2kg的鈾裂變后總的質(zhì)量虧損為ΔM＝(6.02×1023×0.1507×9.2×103/235)u＝3.55×1024u，(2)因?yàn)橐粋€(gè)鈾核裂變的質(zhì)量虧損所以ΔE＝ΔMc2＝3.55×1024×931.50MeV＝3.3×1027MeV。求解核能問題的三種技巧(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算：ΔE＝Δmc2及1u相當(dāng)于931.5MeV。(2)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒計(jì)算。(3)在計(jì)算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應(yīng)所釋放能量時(shí)常用到阿伏加德羅常數(shù)。所以ΔE＝ΔMc2＝3.55×1024×931.50MeV[隨堂鞏固落實(shí)]1．放射性同位素電池是一種新型電池，它是利用放射性同位素衰變放出的高速帶電粒子(α射線、β射線)與物質(zhì)相互作用，射線的動(dòng)能被阻止或吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，再通過換能器轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。其構(gòu)造大致是：最外層是由合金制成的保護(hù)層，次外層是防止射線泄漏的輻射屏蔽層，第三層是把熱能轉(zhuǎn)化成電能的換能器，最里層是放射性同位素。電池使用的三種放射性同位素的半衰期和發(fā)出的射線如下表：[隨堂鞏固落實(shí)]89.6年138天28年半衰期射線238Pu210Po90Sr同位素βαα若選擇上述某一種同位素作為放射源，使用相同材料制成的輻射屏蔽層，制造用于執(zhí)行長(zhǎng)期航天任務(wù)的核電池，則下列論述正確的是(

)A．90Sr的半衰期較長(zhǎng)，使用壽命較長(zhǎng)，放出的β射線比α射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄B．210Po的半衰期最短，使用壽命最長(zhǎng)，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄89.6年138天28年半衰期射線238Pu210Po90SC．238Pu的半衰期最長(zhǎng)，使用壽命最長(zhǎng)，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄D．放射性同位素在發(fā)生衰變時(shí)，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但衰變前后總質(zhì)量數(shù)不變解析：半衰期越長(zhǎng)，使用壽命越長(zhǎng)，B錯(cuò)；β射線比α射線的貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，A錯(cuò)；由表中信息可知，238Pu的半衰期最長(zhǎng)，使用壽命最長(zhǎng)，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄，C對(duì)；放射性同位素在發(fā)生衰變時(shí)放出能量，但總質(zhì)量數(shù)不變，D對(duì)。答案：CD

C．238Pu的半衰期最長(zhǎng)，使用壽命最長(zhǎng)，放出的α射線比β2．(2012·江蘇高考)如圖13－3－7所示是某原子的能級(jí)圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長(zhǎng)的光。在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中，譜線從左向右的波長(zhǎng)依次增大，則正確的是(

)圖13－3－72．(2012·江蘇高考)如圖13－3－7所示是某原子的能級(jí)圖13－3－8答案：C

圖13－3－8答案：CA．m＝7，n＝3

B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18答案：B

A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4答案：B4．(2012·北京高考)一個(gè)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)。該氫原子(

)A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量減小C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量減少解析：氫原子由高能級(jí)躍遷到低能級(jí)要放出光子，能量減少；由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)要吸收光子，能量增加。氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，即從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，則要放出光子，能量減少，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。答案：B

4．(2012·北京高考)一個(gè)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2人教版高中物理133原子結(jié)構(gòu)和原子核課件人教版高中物理133原子結(jié)構(gòu)和原子核課件人教版高中物理133原子結(jié)構(gòu)和原子核課件解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，x的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為零，故x為中子。質(zhì)量虧損Δm＝2.0141u＋3.0161u－(4.0026u＋1.0087u)＝0.0189u，E＝Δmc2＝0.0189×931.5MeV＝17.6MeV。解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，x的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)（給有能力的學(xué)生加餐）（給有能力的學(xué)生加餐）答案：B

答案：BA．1次α衰變，6次β衰變B．4次β衰變C．2次α衰變D．2次α衰變，2次β衰變A．1次α衰變，6次β衰變答案：B

答案：B人教版高中物理133原子結(jié)