2020屆高考物理一輪 專題37 原子結構 原子核學案 新課標

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1、2020屆高三新課標物理一輪原創(chuàng)精品學案 專題37 原子結構 原子核 教學目標：1．了解氫原子光譜，了解氫原子的能級結構、能級公式 2．了解原子核的組成、放射性、原子核衰變、半衰期，放射性同位素 3．了解核力、核反應方程，結合能、裂變反應和聚變反應、裂變反應堆。 本講重點：原子核的人工轉變、原子核的組成及核能的開發(fā)與利用 本講難點：1．原子核的組成和核能 2．原子核的人工轉變、原子核的組成及核能 考點點撥：1．原子結構、氫原子能級 2．原子核的組成 3．核能 第一課時 一、考點掃描 4．氫原子能級及氫光譜 氫原子的能級圖 n

2、 E/eV ∞ 0 1 -13.6 2 -3.4 3 -1.51 4 -0.853 E1 E2 E3 （1）氫原子能級： （2）氫光譜 在氫光譜中，n=2，3，4，5，……向n=1躍遷發(fā)光形成賴曼線系；n=3，4，5，6向n=2躍進遷發(fā)光形成馬爾末線系；n=4，5，6，7……向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系；n=5，6，7，8……向n=4躍遷發(fā)光形成

3、布喇開線系，其中只有馬爾末線生活費的前4條譜線落在可見光區(qū)域內。 5．天然放射現(xiàn)象 （1）天然放射現(xiàn)象中三種射線及其物質微粒的有關特性的比較。 射線 射線 射線 射線 物質微粒 氦核 電子 光子 帶電情況 帶正電（2e） 帶負電（-e） 不帶電 速度 約為 接近c 貫穿本領 ?。諝庵酗w行幾厘米） 中（穿透幾毫米鋁板） 大（穿透幾厘米鉛板） 電離作用 強 次 弱 三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉情況比較： 6．半衰期 （1）定義：放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需要的時間。 （2）意義：反

4、映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度。 （3）特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的_______狀態(tài)或______狀態(tài)無關。 （4）理解：N0（大量）個某種放射性元素的核，經過時間t后剩下的這種核的個數(shù)為。常見錯誤是：N0（大量）個放射性元素的核，經過一個半衰期T，衰變了一半，再經過一個半衰期T，全部衰變完。第二種錯誤是：若有10個放射性元素的核，經過一個半衰期T，將衰變5個。事實上， 而對于少量的核（如10個），是無法確定其衰變所需要的時間的。 7．原子核的人工轉變和原子核的組成 用高速運動的粒子去轟擊原子核，是揭開原子核內部奧秘的要本方法。轟擊結果產生了另一種新核，其核反應方程的一

5、般形式為 8．核能 （1）核反應中放出的能叫________。 （2）質量虧損：核子結合生成原子核，所生成的原子核的質量比生成它的核子的總質量要小些，這種現(xiàn)象叫做_____________。 （二）重難點闡釋 1．粒子散射的簡單解釋。 首先，由于質量的懸殊便可判定，粒子的偏轉不會是因為電子的影響，而只能是因為原子中除電子外的帶正電的物質的作用而引起的；其次，原子中除電子外的帶正電的物質不應是均勻分布的（否則對所有的粒子來說散射情況應該是一樣的），而“絕大多數(shù)”“少數(shù)”和“極少數(shù)” 粒子的行為的差異，充分地說明這部分帶正電的物質只能高度地集中在在一個很小的區(qū)域內；再次，從這三部分行為

6、不同的粒子數(shù)量的差別的統(tǒng)計，不難理解盧瑟福為什么能估算出這個區(qū)域的直徑約為10-15m。 2．玻爾理論的局限性。由于引進了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。 3．從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸

7、收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉化為電離出去的電子的動能）。 二、高考要點精析 （一）原子結構、氫原子能級 ☆考點點撥 氫原子從一個能級向另一個能級躍遷時，要吸收或放出光子，吸收或放出的光子能量等于兩個能級的差值。 【例1】用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為ν1、ν2、ν3，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：①hν1；② hν3；③h （ν1+ν2）；④h （ν1+ν2+ν3）以上表示式中 3 2 1 ν3 ν2 ν1 A

8、．只有①③正確 B．只有②正確 C．只有②③正確 D．只有④正確 解析：該容器內的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說明這時氫原子處于第三能級。根據(jù)玻爾理論應該有hν3=E3- E1，hν1=E3- E2，hν2=E2- E1，可見hν3= hν1+ hν2= h（ν1+ν2），所以照射光子能量可以表示為②或③，答案選C。 ☆考點精煉 1．盧瑟福原子核式結構理論的主要內容有 （ ） A．原子的中心有個核，叫做原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里 D．帶負電的電子在校外繞著核旋轉 2．原子從一

9、個能級躍遷到一個較低的能級時，有可能不發(fā)射光子。例如在某條件下，鉻原子的n=2能級上的電子躍遷到n=1能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應的能量轉交給n=4能級上的電子，使之脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應，以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子，已知鉻原子的能級公式可簡化表示為En=，式中n=1,2,3,…表示不同能級，A是正的已知常數(shù)，上述俄歇電子的動能是（ ） A．3A/16 B．7A/16 C．11A/16 D．13A/16 （二）原子核的組成 ☆考點點撥 天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復雜結構。要了解三種天然放射線的特性及其物質微粒的構成

10、，了解衰變方程和半衰期的概念。 盧瑟福首先做了用粒子轟擊氮原子核的實驗。反應方程式，發(fā)現(xiàn)質子。1930年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，核反應方程 ，發(fā)現(xiàn)中子。原子核是由質子和中子組成的。 【例4】 關于放射性同位素應用的下列說法中正確的有 A．放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此達到消除有害靜電的目的 B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視 C．用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結果一定是成為更優(yōu)秀的品種 D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害 解析：利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導體

11、，將靜電泄出。γ射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視。作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學地嚴格控制劑量。本題選D。 ☆考點精煉 3．近年來科學家在超重元素的探測方面取得了重大進展。科學家們在觀察某兩個重離子結合成超重元素的反應時，發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核X經過6次α衰變后成為Fm，由此可以判定該超重元素的原子序數(shù)和質量數(shù)依次是 A.124，259 B.124，265 C.112，265 D.112，277 4．完成下列核反應方程，并指出其中哪個是發(fā)現(xiàn)質子的核

12、反應方程，哪個是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程。 ⑴N+n →C+_____ ⑵ N+He →O+_____ ⑶ B+n →_____+He ⑷Be+He →_____+n ⑸Fe+H →Co+_____ 第二課時 （三）核能 ☆考點點撥 計算核能的依據(jù)是愛因斯坦的質能聯(lián)系方程。ΔE=Δmc2。 1原子質量單位的質量跟931MeV的能量相對應。 凡是釋放核能的核反應都有質量虧損。重核裂變和輕核聚變都會釋放核能。 【例6】一個氫原子的質量為1.6736×10-27kg，一個鋰原子的質量為11.6505×10-27kg，一個氦原子的質量為6.

13、6467×10-27kg。一個鋰核受到一個質子轟擊變?yōu)?個α粒子，⑴寫出核反應方程，并計算該反應釋放的核能是多少？⑵1mg鋰原子發(fā)生這樣的反應共釋放多少核能？ 解析：⑴H+Li →2He 反應前一個氫原子和一個鋰原子共有8個核外電子，反應后兩個氦原子也是共有8個核外電子，因此只要將一個氫原子和一個鋰原子的總質量減去兩個氦原子的質量，得到的恰好是反應前后核的質量虧損，電子質量自然消掉。由質能方程ΔE=Δmc2得釋放核能ΔE=2.76×10-12J ⑵1mg鋰原子含鋰原子個數(shù)為10-6÷11.6505×10-27，每個鋰原子對應的釋放能量是2.76×10-12J，所以共釋放2.37×108J

14、核能。 【例8】靜止在勻強磁場中的一個B核俘獲了一個速度為向v =7.3×104m/s的中子而發(fā)生核反應，生成α粒子與一個新核。測得α粒子的速度為2×104 m/s，方向與反應前中子運動的方向相同，且與磁感線方向垂直。求：⑴寫出核反應方程。⑵畫出核反應生成的兩個粒子的運動軌跡及旋轉方向的示意圖（磁感線方向垂直于紙面向外）。⑶求α粒子與新核軌道半徑之比。⑷求α粒子與新核旋轉周期之比。 ☆考點精煉 6．下面是一核反應方程用c表示光速，則（ ） A．X是質子，核反應放出的能量等于質子質量乘c2 B．X是中子，核反應放出的能量等于質子質量乘c2 C．X是質子，核反應放出的能量等于氘核與

15、氚核的質量和減氦核與質子的質量和，再乘c2 D．X是中子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減氦核與中子的質量和，再乘c2 7．下列核反應方程式中，表示核聚變過程的是（ ）。 A． B． C． D． 考點精煉參考答案 1．ACD 2．C 3．每次α衰變質量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，因此該超重元素的質量數(shù)應是277，電荷數(shù)應是112，選D。 4．解：根據(jù)質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以判定：⑴H，⑵H，發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程 ⑶Li，⑷C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程 ⑸n 5．設甲、乙兩核質量分別為m甲，m乙，電量分別為q

16、甲，q乙。 由動量與動能關系和可得 ：=：=4：1。 三、考點落實訓練 1．在核反應方程的括弧中，X所代表的粒子（ ） A． B． C． D． 2．下面列出的是一些核反應方程 其中（ ） A．X是質子，Y是中子，Z是正電子 B．X是正電子，Y是質子，Z是中子 C．X是中子，Y是正電子，Z是質子 D．X是正電子，Y是中子，Z是質子 3．盧瑟福原子核式結構理論的主要內容有 A．原子的中心有個核，叫做原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里 D．帶負電的電子在核外繞著

17、核旋轉 4．關于衰變中所放出的電子，下列說法正確的是（ ） A．由于它是從原子核中釋放出來的，所以它是原子核的組成部分 B．它是核外電子從內層軌道躍遷時放出的 C．當它通過空氣時，電離作用很強 D．它的貫穿本領很強 5．在下列四個方程中X1、X2、X3、X4各代表某種粒子， （1）（2） （3） （4） 以下判斷正確的是（ ） A．X1是中子 B.X2是質子 C.X3是粒子 D.X4是氘核 9．天然放射性元素（釷）經過一系形α衰變和β衰變之后，變成（鉛）。下列論斷中正確的是 （ ） A．鉛核比釷核少24個中子 B．鉛核比釷核少8個質子 C．衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變 D．衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變 考點落實訓練參考答案 1．A 2．D 3．ACD 4．D雖然衰變中的電子是從原子核中釋放的，但電子不是原子核的組成部分，原子核由質子和中子組成，中子衰變?yōu)橘|子時放出電子，方程為。根據(jù)射線的性質知D正確。 5．AC根據(jù)核反應方程的兩邊質量數(shù)、電荷數(shù)守恒知道AC正確。 7．C 8．C 9．BD 10．B 11．BD 12．α粒子散射，見圖（1）