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)

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(kāi)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 E/eV 01 -13.62 -3.43 -1.514 -0.853E1E2E3（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)光形成布喇開(kāi)線系，其中只有馬爾末線生活費(fèi)的前4條譜線落在可見(jiàn)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(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)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：反映了核衰變過(guò)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(wú)關(guān)。（4）理解：N0（大量）個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后剩下的這種核的個(gè)數(shù)為。常見(jiàn)錯(cuò)誤是：N0（大量）個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過(guò)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(guò)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(wú)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(kāi)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(jiǎn)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(lái)說(shuō)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(shuō)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(guò)多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫(kù)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1、2、3，由此可知，開(kāi)始用來(lái)照射容器的單色光的光子能量可以表示為：h1； h3；h （1+2）；h （1+2+3）以上表示式中321321A只有正確 B只有正確C只有正確 D只有正確解析：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說(shuō)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h3=E3- E1，h1=E3- E2，h2=E2- E1，可見(jiàn)h3= h1+ h2= h（1+2），所以照射光子能量可以表示為或，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(jiǎn)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（ ）A3A/16 B7A/16 C11A/16 D13A/16（二）原子核的組成考點(diǎn)點(diǎn)撥天然放射現(xiàn)象說(shuō)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，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?！纠?】 關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說(shuō)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，將靜電泄出。射線對(duì)人體細(xì)胞傷害太大，不能用來(lái)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(guò)篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用射線治療腫瘤對(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?？键c(diǎn)精煉3近年來(lái)科學(xué)家在超重元素的探測(cè)方面取得了重大進(jìn)展。科學(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(guò)6次衰變后成為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.112，2774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)子的核反應(yīng)方程，哪個(gè)是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。N+n C+_ N+He O+_ B+n _+He Be+He _+nFe+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(ài)因斯坦的質(zhì)能聯(lián)系方程。E=mc2。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?！纠?】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6.6467×10-27kg。一個(gè)鋰核受到一個(gè)質(zhì)子轟擊變?yōu)?個(gè)粒子，寫(xiě)出核反應(yīng)方程，并計(jì)算該反應(yīng)釋放的核能是多少？1mg鋰原子發(fā)生這樣的反應(yīng)共釋放多少核能？解析：H+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E=mc2得釋放核能E=2.76×10-12J1mg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核能?！纠?】靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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)，生成粒子與一個(gè)新核。測(cè)得粒子的速度為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：寫(xiě)出核反應(yīng)方程。畫(huà)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）。求粒子與新核軌道半徑之比。求粒子與新核旋轉(zhuǎn)周期之比?？键c(diǎn)精煉6下面是一核反應(yīng)方程用c表示光速，則（ ）AX是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2BX是中子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2CX是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2DX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c27下列核反應(yīng)方程式中，表示核聚變過(guò)程的是（ ）。A BC D考點(diǎn)精煉參考答案1ACD2C3每次衰變質(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：H，H，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程 Li，C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 n5設(shè)甲、乙兩核質(zhì)量分別為m甲，m乙，電量分別為q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（ ）ABCD2下面列出的是一些核反應(yīng)方程 其中（ ）AX是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子 BX是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子CX是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子 DX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核旋轉(zhuǎn)4關(guān)于衰變中所放出的電子，下列說(shuō)法正確的是（ ）A由于它是從原子核中釋放出來(lái)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(guò)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（ ）AX1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(guò)一系形衰變和衰變之后，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(guò)程中共有4次衰變和8次衰變 D衰變過(guò)程中共有6次衰變和4次衰變考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練參考答案1A2D 3ACD4D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。5AC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。7C8C9BD10B11BD12粒子散射，見(jiàn)圖（1）