2020屆高考物理一輪 專題37 原子結(jié)構(gòu) 原子核學(xué)案 新課標(biāo)

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1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專題37 原子結(jié)構(gòu) 原子核 教學(xué)目標(biāo)：1．了解氫原子光譜，了解氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)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(yīng)方程，結(jié)合能、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆。 本講重點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成及核能的開發(fā)與利用 本講難點(diǎn)：1．原子核的組成和核能 2．原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成及核能 考點(diǎn)點(diǎn)撥：1．原子結(jié)構(gòu)、氫原子能級(jí) 2．原子核的組成 3．核能 第一課時(shí) 一、考點(diǎn)掃描 4．氫原子能級(jí)及氫光譜 氫原子的能級(jí)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(jí)： （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(jìn)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(fèi)的前4條譜線落在可見光區(qū)域內(nèi)。 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(zhì)微粒的有關(guān)特性的比較。 射線 射線 射線 射線 物質(zhì)微粒 氦核 電子 光子 帶電情況 帶正電（2e） 帶負(fù)電（-e） 不帶電 速度 約為 接近c(diǎn) 貫穿本領(lǐng) 小（空氣中飛行幾厘米） 中（穿透幾毫米鋁板） 大（穿透幾厘米鉛板） 電離作用 強(qiáng) 次 弱 三種射線在勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)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(shí)間。 （2）意義：反

4、映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)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(guān)。 （4）理解：N0（大量）個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過時(shí)間t后剩下的這種核的個(gè)數(shù)為。常見錯(cuò)誤是：N0（大量）個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過一個(gè)半衰期T，全部衰變完。第二種錯(cuò)誤是：若有10個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期T，將衰變5個(gè)。事實(shí)上， 而對(duì)于少量的核（如10個(gè)），是無法確定其衰變所需要的時(shí)間的。 7．原子核的人工轉(zhuǎn)變和原子核的組成 用高速運(yùn)動(dòng)的粒子去轟擊原子核，是揭開原子核內(nèi)部奧秘的要本方法。轟擊結(jié)果產(chǎn)生了另一種新核，其核反應(yīng)方程的一

5、般形式為 8．核能 （1）核反應(yīng)中放出的能叫________。 （2）質(zhì)量虧損：核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做_____________。 （二）重難點(diǎn)闡釋 1．粒子散射的簡單解釋。 首先，由于質(zhì)量的懸殊便可判定，粒子的偏轉(zhuǎn)不會(huì)是因?yàn)殡娮拥挠绊?，而只能是因?yàn)樵又谐娮油獾膸д姷奈镔|(zhì)的作用而引起的；其次，原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)不應(yīng)是均勻分布的（否則對(duì)所有的粒子來說散射情況應(yīng)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(zhì)只能高度地集中在在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)；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(jì)，不難理解盧瑟福為什么能估算出這個(gè)區(qū)域的直徑約為10-15m。 2．玻爾理論的局限性。由于引進(jìn)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(jīng)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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)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(yùn)動(dòng)加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級(jí)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(zhuǎn)化為電離出去的電子的動(dòng)能）。 二、高考要點(diǎn)精析 （一）原子結(jié)構(gòu)、氫原子能級(jí) ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 氫原子從一個(gè)能級(jí)向另一個(gè)能級(jí)躍遷時(shí)，要吸收或放出光子，吸收或放出的光子能量等于兩個(gè)能級(jí)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(nèi)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(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說明這時(shí)氫原子處于第三能級(jí)。根據(jù)玻爾理論應(yīng)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(diǎn)精煉 1．盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有 （ ） A．原子的中心有個(gè)核，叫做原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 D．帶負(fù)電的電子在校外繞著核旋轉(zhuǎn) 2．原子從一

9、個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí)，有可能不發(fā)射光子。例如在某條件下，鉻原子的n=2能級(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級(jí)上的電子，使之脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)，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(jí)公式可簡化表示為En=，式中n=1,2,3,…表示不同能級(jí)，A是正的已知常數(shù)，上述俄歇電子的動(dòng)能是（ ） A．3A/16 B．7A/16 C．11A/16 D．13A/16 （二）原子核的組成 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。要了解三種天然放射線的特性及其物質(zhì)微粒的構(gòu)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(shí)驗(yàn)。反應(yīng)方程式，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。1930年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，核反應(yīng)方程 ，發(fā)現(xiàn)中子。原子核是由質(zhì)子和中子組成的。 【例4】 關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說法中正確的有 A．放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達(dá)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(jìn)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(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種 D．用γ射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對(duì)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(dǎo)體

11、，將靜電泄出。γ射線對(duì)人體細(xì)胞傷害太大，不能用來進(jìn)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(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用γ射線治療腫瘤對(duì)人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地嚴(yán)格控制劑量。本題選D。 ☆考點(diǎn)精煉 3．近年來科學(xué)家在超重元素的探測方面取得了重大進(jìn)展?？茖W(xué)家們?cè)谟^察某兩個(gè)重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核X經(jīng)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(zhì)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(yīng)方程，并指出其中哪個(gè)是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核

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

13、6467×10-27kg。一個(gè)鋰核受到一個(gè)質(zhì)子轟擊變?yōu)?個(gè)α粒子，⑴寫出核反應(yīng)方程，并計(jì)算該反應(yīng)釋放的核能是多少？⑵1mg鋰原子發(fā)生這樣的反應(yīng)共釋放多少核能？ 解析：⑴H+Li →2He 反應(yīng)前一個(gè)氫原子和一個(gè)鋰原子共有8個(gè)核外電子，反應(yīng)后兩個(gè)氦原子也是共有8個(gè)核外電子，因此只要將一個(gè)氫原子和一個(gè)鋰原子的總質(zhì)量減去兩個(gè)氦原子的質(zhì)量，得到的恰好是反應(yīng)前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì)量自然消掉。由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2得釋放核能ΔE=2.76×10-12J ⑵1mg鋰原子含鋰原子個(gè)數(shù)為10-6÷11.6505×10-27，每個(gè)鋰原子對(duì)應(yīng)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(qiáng)磁場中的一個(gè)B核俘獲了一個(gè)速度為向v =7.3×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成α粒子與一個(gè)新核。測得α粒子的速度為2×104 m/s，方向與反應(yīng)前中子運(yùn)動(dòng)的方向相同，且與磁感線方向垂直。求：⑴寫出核反應(yīng)方程。⑵畫出核反應(yīng)生成的兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)周期之比。 ☆考點(diǎn)精煉 6．下面是一核反應(yīng)方程用c表示光速，則（ ） A．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2 B．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2 C．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與

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

16、甲，q乙。 由動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系和可得 ：=：=4：1。 三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練 1．在核反應(yīng)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(yīng)方程 其中（ ） A．X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子 B．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子 C．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子 D．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子 3．盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有 A．原子的中心有個(gè)核，叫做原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 D．帶負(fù)電的電子在核外繞著

17、核旋轉(zhuǎn) 4．關(guān)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(nèi)層軌道躍遷時(shí)放出的 C．當(dāng)它通過空氣時(shí)，電離作用很強(qiáng) D．它的貫穿本領(lǐng)很強(qiáng) 5．在下列四個(gè)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(zhì)子 C.X3是粒子 D.X4是氘核 9．天然放射性元素（釷）經(jīng)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(gè)中子 B．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)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(diǎn)落實(shí)訓(xùn)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(zhì)子和中子組成，中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放出電子，方程為。根據(jù)射線的性質(zhì)知D正確。 5．AC根據(jù)核反應(yīng)方程的兩邊質(zhì)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）