2019年高考物理一轮复习第十二章波粒二象性原子结构与原子核第2讲原子结构和原子核学案.doc
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1、1第 2 讲 原子结构和原子核一、原子结构 光谱和能级跃迁1电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,提出了原子的“枣糕模型” 2原子的核式结构(1)19091911 年,英籍物理学家卢瑟福进行了 粒子散射实验,提出了核式结构模型图 1(2) 粒子散射实验的结果:绝大多数 粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数 粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于 90,也就是说它们几乎被“撞了回来” ,如图 1 所示(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动3氢原子光谱(1)光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获
2、得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱(2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式 R( 1 122)(n3,4,5, R 是里德伯常量, R1.1010 7m1 )1n2(4)光谱分析:利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,2且灵敏度很高在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义4氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量跃迁:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为 h 的光子,这个光子的能
3、量由前后两个能级的能量差决定,即 h Em En.(h 是普朗克常量,h6.6310 34 Js)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的(2)能级和半径公式:能级公式: En E1(n1,2,3,),其中 E1为基态能量,其数值为 E113.6eV.1n2半径公式: rn n2r1(n1,2,3,),其中 r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r10.5310 10 m.5氢原子的能级图能级图如图 2 所示图 2二、原子核 核反应和核能1原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子质子带正电,中子不带电
4、(2)基本关系核电荷数质子数( Z)元素的原子序数核外电子数质量数( A)核子数质子数中子数(3)X 元素的原子核的符号为 X,其中 A 表示质量数, Z 表示核电荷数AZ2天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现天然放射现象的发现,说明原子核具3有复杂的结构(2)放射性同位素的应用与防护放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同应用:消除静电、工业探伤、做示踪原子等防护:防止放射性对人体组织的伤害3原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变分类 衰变: X Y
5、 HeAZ A 4Z 2 42 衰变: X Y eAZ AZ 1 0-1当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生 衰变,有的发生 衰变,同时伴随着 辐射两个典型的衰变方程 衰变: U Th He23892 23490 42 衰变: Th Pa e.23490 23491 0 -1(2)半衰期定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系(3)公式: N 余 N 原 12t, m 余 m 原 12t.4核力和核能(1)原子核内部,核子间所特有的相互作用力(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损 m
6、,其对应的能量 E mc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加 m,吸收的能量为 E mc2.1判断下列说法是否正确(1)原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成的( )(2)电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率( )4(3)氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁( )(4)原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同的能量( )2在卢瑟福 粒子散射实验中,有少数 粒子发生了大角度偏转,其原因是( )A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子内是均匀分布的C原子中存在着带负电的电子D原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案 A解
7、析 卢瑟福 粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是有少数 粒子发生了较大角度的偏转,这是由于 粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,A 正确,B 错误 粒子能接近原子核的机会很小,大多数 粒子都从核外的空间穿过,而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不会发生改变C、D 的说法没错,但与题意不符3(粤教版选修 35P65 第 2 题)氢原子由 n1 的状态激发到 n4 的状态,在它回到n1 的状态的过程中,有以下说法:可能激发的能量不同的光子只有 3 种可能发出 6 种不同频率的光子可能发出的光子的最大能量为 12.75eV可能发出光子的最小能量为 0.85eV其中正确的说法是( )ABCD
8、答案 D4(粤教版选修 35P97 第 2 题)用哪种方法可以减缓放射性元素的衰变速率?( )A把该元素放在低温阴凉处B把该元素密封在很厚的铅盒子里C把该元素同其他的稳定元素结合成化合物D上述各种方法都无法减缓放射性元素的衰变速率答案 D5(粤教版选修 35P97 第 3 题改编)(多选)关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的是( )A U Th He 是 衰变23892 23490 42B N He O 11H 是 衰变147 42 178 1C H H He n 是轻核聚变21 31 42 10D Se Kr2 e 是重核裂变8234 8236 0 - 15答案 AC6(2015福建30
9、(1)下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是( )A 射线是高速运动的电子流B氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D Bi 的半衰期是 5 天,100 克 Bi 经过 10 天后还剩下 50 克21083 21083答案 B解析 射线是高速电子流,而 射线是一种电磁波,选项 A 错误氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,选项 B 正确太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,选项 C 错误.10 天为两个半衰期,剩余的 Bi 为 100 12tg100( )21083122g25g,选项 D 错误.命题点一 原子的核式结
10、构例 1 (多选)如图 3 所示为卢瑟福和他的同事们做 粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的 A、 B、 C、 D 四个位置时观察到的现象,下述说法中正确的是( )图 3A放在 A 位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在 B 位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比 A 位置时稍少些C放在 C、 D 位置时,屏上观察不到闪光D放在 D 位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少答案 ABD解析 根据 粒子散射现象,绝大多数 粒子沿原方向前进,少数 粒子发生较大偏转,A、B、D 正确1(多选)下列说法正确的是( )6A汤姆孙首先发现了电子,并测定了电子电荷量,且
11、提出了“枣糕模型”B卢瑟福做 粒子散射实验时发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,只有少数 粒子发生大角度偏转C 粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上D卢瑟福提出了原子核式结构模型,并解释了 粒子发生大角度偏转的原因答案 BCD解析 汤姆孙发现了电子符合物理史实,但电子电荷量是密立根测定的,A 错误,B、C、D都符合物理史实2(多选)在物理学的发展过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步下列表述符合物理学史实的是( )A普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论B爱因斯坦为了解释光电效应的规律,提出了光子说C卢瑟福通过对 粒子散
12、射实验的研究,提出了原子的核式结构模型D贝可勒尔通过对天然放射性的研究,发现原子核是由质子和中子组成的答案 ABC解析 普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,A 正确爱因斯坦为了解释光电效应的规律,提出了光子说,B 正确卢瑟福通过对 粒子散射实验的研究,提出了原子的核式结构模型,C 正确贝可勒尔通过对天然放射性的研究,发现原子核具有复杂结构,D 错误3(多选)(2016天津理综6)物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展,下列说法符合事实的是( )A赫兹通过一系列实验,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B查德威克用 粒子轰击 N 获得反冲核 O,发
13、现了中子147 178C贝可勒尔发现的天然放射性现象,说明原子核有复杂结构D卢瑟福通过对阴极射线的研究,提出了原子核式结构模型答案 AC解析 麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论,选项 A正确;卢瑟福用 粒子轰击 N,获得反冲核 O,发现了质子,选项 B 错误;贝可勒尔147 178发现的天然放射性现象,说明原子核具有复杂结构,选项 C 正确;卢瑟福通过对 粒子散射实验的研究,提出了原子的核式结构模型,选项 D 错误4(2015重庆理综1)图 4 中曲线 a、 b、 c、 d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里以下判
14、断可能正确的是( )7图 4A a、 b 为 粒子的径迹B a、 b 为 粒子的径迹C c、 d 为 粒子的径迹D c、 d 为 粒子的径迹答案 D解析 粒子是不带电的光子,在磁场中不偏转,选项 B 错误; 粒子为氦核带正电,由左手定则知向上偏转,选项 A、C 错误; 粒子是带负电的电子,应向下偏转,选项 D 正确命题点二 玻尔理论和能级跃迁例 2 (多选)有关氢原子光谱的说法正确的是( )A氢原子的发射光谱是连续谱B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关答案 BC解析 由于氢原子的轨道是不连续的,而氢原子在不同的轨
15、道上的能级 En E1,故氢原1n2子的能级是不连续的即是分立的,故 C 正确;当氢原子从较高轨道第 n 能级跃迁到较低轨道第 m 能级时,发射的光子的能量为 E En Em E1 E1 E1 h ,显然 n、 m1n2 1m2 m2 n2n2m2的取值不同,发射光子的频率就不同,故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差有关,故 D 错误;由于氢原子发射的光子的能量 E E1,所以发射的光子的能量值 E 是不m2 n2n2m2连续的,只能是一些特殊频率的谱线,故 A 错误,B 正确5.(多选)如图 5 是氢原子的能级图,一群氢原子处于 n3 能级,下列说法中正确的是( )8图 5A这群氢原子跃
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