專題五熱學(xué)、光學(xué)、原子物理第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基一、原子的核式結(jié)構(gòu)1．α粒子散射實驗的結(jié)果．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°，有的甚至被撞了回來，如圖所示．2．原子的核式結(jié)構(gòu)．在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基二、玻爾理論1．定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，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，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J·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動相對應(yīng)．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的．第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基4．氫原子的能級、能級公式．(1)氫原子的能級圖(如圖所示)．第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成1．原子核的衰變．第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核知識歸納素養(yǎng)奠基2.核能．(1)原子核的結(jié)合能：克服核力做功，使原子核分解為單個核子時吸收的能量，或若干單個核子在核力的作用下結(jié)合成原子核時放出的能量．(2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象．注意質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個不同的概念．(3)質(zhì)能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量與它的質(zhì)量成正比.第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核命題點一原子的核式結(jié)構(gòu)玻爾理論1．α粒子散射實驗．(1)α粒子散射實驗裝置．(2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”．2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型．(1)α粒子散射實驗結(jié)果分析．①核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．②湯姆孫模型不能解釋α粒子的大角度散射．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核③絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過金箔，說明原子中絕大部分是空的；少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對α粒子有斥力的正電荷；極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”，反映了個別α粒子正對著質(zhì)量比α粒子大得多的物體運動時，受到該物體很大的斥力作用．(2)核式結(jié)構(gòu)模型的局限性．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋α粒子散射實驗現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核3．對氫原子能級圖的理解．(1)能級圖如圖所示．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量．①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必須恰等于能級差hν＝ΔE.②碰撞、加熱等：可以吸收實物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE.③大于電離能的光子被吸收，將原子電離．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核(2023·新課標(biāo)卷)銫原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10－5eV，躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，元電荷e＝1.60×10－19C)(

)A．103Hz

B．106Hz

C．109Hz

D．1012Hz細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核(多選)研究α粒子散射的實驗裝置如圖所示，關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法正確的是(

)細(xì)研命題點提升素養(yǎng)A．絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過，偏轉(zhuǎn)角很小，說明原子核內(nèi)部大部分是中空的B．少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)是由于其與電子發(fā)生了碰撞C．極少數(shù)α粒子被彈回，說明原子中心是一個體積小、帶正電且占有原子幾乎全部質(zhì)量的核D．在α粒子散射實驗中，當(dāng)α粒子最接近原子核時，電勢能最小第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過，偏轉(zhuǎn)角很小，說明原子核內(nèi)部大部分是中空的，極少數(shù)α粒子被彈回，說明原子中心是一個體積小、帶正電且占有原子幾乎全部質(zhì)量的核，A、C項正確；少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)是由于α粒子受到金屬原子核的斥力作用較大，而非與電子發(fā)生了碰撞，B項錯誤；在α粒子散射實驗中，當(dāng)α粒子接近原子核時，電場力對α粒子做負(fù)功，電勢能增加，因此α粒子最接近原子核時，電勢能最大，D項錯誤．故選AC.細(xì)研命題點提升素養(yǎng)答案：AC第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核1．(2023·廣東深圳一模)有些金屬原子受激后，從某激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時，會發(fā)出特定顏色的光．圖甲所示為鈉原子和鋰原子分別從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的能級差值，鈉原子發(fā)出頻率為5.09×1014Hz的黃光，可見光譜如圖乙所示．鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為(

)細(xì)研命題點提升素養(yǎng)A．紅色

B．橙色C．綠色 D．青色第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：由玻爾理論結(jié)合普朗克的量子假說，即E＝hν，根據(jù)圖甲可得ENa＝hνNa，ELi＝hνLi，代入數(shù)據(jù)可得νLi≈4.48×1014Hz，對照圖乙可知，鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為紅光．故選A.細(xì)研命題點提升素養(yǎng)答案：A第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核2．“夢天號”實驗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－ν3 C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：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時有EⅡ－EⅠ＝hν0，且從激發(fā)態(tài)能級Ⅱ向下躍遷到基態(tài)Ⅰ的過程有EⅡ－E1＝hν1＋hν2＋hν3，聯(lián)立解得ν2＝ν0－ν1－ν3.故選D.細(xì)研命題點提升素養(yǎng)答案：D第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核3．已知鈉原子從b、c、d幾個能級向a能級躍遷時輻射的光的波長分別為：589nm(b→a)，330nm(c→a)，285nm(d→a)．設(shè)最高能級為0，下列關(guān)于鈉原子在這幾個能量范圍的能級圖，可能正確的是(

)細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核命題點二原子核的衰變、半衰期細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核2．三種射線的成分和性質(zhì)．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的特點得出Y的類型，結(jié)合射線的不同特點和題目選項即可完成分析．核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，由此可得：Y的質(zhì)子數(shù)為：8－6＝2，Y的質(zhì)量數(shù)為：16－12＝4，即Y是α粒子，而α射線的電離能力比γ射線強，故D項正確，A、B、C三項錯誤；故選D.細(xì)研命題點提升素養(yǎng)答案：D第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核對于質(zhì)量為m0的放射性元素p，經(jīng)過時間t后剩余p的質(zhì)量為m，其圖線如圖所示，從圖中可以得到p的半衰期為(

)A．0.6d

B．2.2dC．3.0d D．3.6d細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核命題點三核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程核反應(yīng)的四種類型．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)續(xù)上表第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：設(shè)Y電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知第一個核反應(yīng)方程的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應(yīng)方程的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯(lián)立解得Z＝2，A＝4.故選D.細(xì)研命題點提升素養(yǎng)答案：D第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，該反應(yīng)為輕核聚變反應(yīng)，不屬于α衰變，A、B項錯誤；該反應(yīng)過程中有質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，反應(yīng)會放出能量，C項正確；目前核電站主要是利用重核裂變，則該反應(yīng)不是目前核電站的工作原理，D項錯誤．故選C.細(xì)研命題點提升素養(yǎng)答案：C第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核命題點四核能的計算1．應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖．細(xì)研命題點提升素養(yǎng)(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時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計算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核2．根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)．3．核能釋放的兩種途徑的理解．(1)使較重的核分裂成中等大小的核．(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會增加，都可以釋放能量．4．核電站與熱核反應(yīng)．(1)核電站反應(yīng)堆主要部件：細(xì)研命題點提升素養(yǎng)部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料

石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線防止放射性污染第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核(2)核聚變．定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，這種核反應(yīng)叫作聚變．能量的變化：輕核聚變后，比結(jié)合能增加，反應(yīng)中會釋放能量．發(fā)生聚變的條件：要使原子核間的距離達(dá)到10～15m，核力才能大于電磁力．實現(xiàn)的方法有：把原子核加熱到很高的溫度。所以聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核細(xì)研命題點提升素養(yǎng)第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核2020年11月27日00時41分，華龍一號全球首堆中核集團福清核電5號機組首次并網(wǎng)成功．如圖所示是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖，下列說法正確的是(

)細(xì)研命題點提升素養(yǎng)A．核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒B．華龍一號的原理是熱核反應(yīng)C．原子核比結(jié)合能越大，核子平均質(zhì)量越小，原子核越穩(wěn)定D．核裂變反應(yīng)過程中，反應(yīng)物的結(jié)合能之和大于生成物的結(jié)合能之和第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核解析：核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，釋放核能時會產(chǎn)生質(zhì)量虧損，故A項錯誤；華龍一號的原理是核裂變，不是熱核反應(yīng)(核聚變)，故B項錯誤；原子核比結(jié)合能越大，核子平均質(zhì)量越小，原子核越穩(wěn)定，故C項正確；核裂變反應(yīng)過程中，釋放的核能等于生成物的結(jié)合能之和減反應(yīng)物的結(jié)合能之和，所以反應(yīng)物的結(jié)合能