必備知識(shí)·自主排查
一、原子結(jié)構(gòu)、光譜和能級(jí)躍遷
1．原子的核式結(jié)構(gòu)
(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)物理學(xué)家____________在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了________，提出了原子的“棗糕模型”．
(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家________和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿________方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說(shuō)，它們幾乎被“撞”了回來(lái)．
(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的________和幾乎全部________都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．
2．光譜
(1)光譜
用棱鏡或光柵可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)(頻率)展開(kāi)，獲得光的________(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜．
(2)光譜分類
有些光譜是一條條的________，叫作譜線，這樣的光譜叫作線狀譜，又叫原子的特征譜線．有的光譜是連在一起的________，叫作連續(xù)譜．
(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
1885年，巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)滿足公式1λ＝________________(n＝3，4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值為R∞＝1.10×107m－1.這個(gè)公式稱為巴耳末公式，它確定的這一組譜線稱為巴耳末系．
3．氫原子的能級(jí)躍遷
(1)玻爾理論
①軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是________的．電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)是________的，不產(chǎn)生電磁輻射．因此，原子的能量也只能取一系列________的值，這些量子化的能量值叫作________．原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)．能量最低的狀態(tài)叫作________，其他的狀態(tài)叫作________．
②頻率條件：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝________________(m0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.
激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－En＝|En|
若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能．
3．譜線條數(shù)的確定方法：
(1)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1).
(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法．
①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解：N＝Cn2＝n(n?1)2
②利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫(huà)出，然后相加．
例1 [2022·永州一模]如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，用某種頻率的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，受到激發(fā)后的氫原子只輻射出三種不同頻率的光a、b、c，頻率νa>νb>νc，下列說(shuō)法正確的是( )
A．照射氫原子的光子能量為12.75 eV
B．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出的光頻率為νa
C．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光頻率為νc
D．光a能使逸出功為10.2 eV的某金屬發(fā)生光電效應(yīng)
跟進(jìn)訓(xùn)練
1.下列四幅圖涉及不同的物理知識(shí)，其中說(shuō)法正確的是( )
A．圖甲：光電效應(yīng)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比
B．圖乙：鈾核裂變中放出新的中子又引起新的裂變，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
C．圖丙：氫原子能級(jí)是分立的，但原子發(fā)射光子的頻率是連續(xù)的
D．圖?。罕R瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出原子核均勻分布在原子內(nèi)的結(jié)構(gòu)模型
2．如圖甲所示為氫原子的能級(jí)圖，圖乙為氫原子的光譜圖．已知譜線b是氫原子從n＝5能級(jí)直接躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線，則譜線a可能是氫原子( )
A．從n＝2的能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線
B．從n＝3的能級(jí)直接躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線
C．從n＝4的能級(jí)直接躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線
D．從n＝4的能級(jí)直接躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光譜線
考點(diǎn)二 原子核的衰變、半衰期
1．確定衰變次數(shù)的方法：
(1)設(shè)放射性元素ZAX經(jīng)過(guò)n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素ZˊAˊY，則表示該核反應(yīng)的方程為ZAX→ZˊAˊY＋n21He＋m?10e.
根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A=Aˊ+4nZ=Zˊ+2n?m
(2)因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．
2．α衰變、β衰變的比較
例2[2021·全國(guó)甲卷，17]如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y，在此過(guò)程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為( )
A．6 B．8 C．10 D．14
解題心得：


跟進(jìn)訓(xùn)練
3.[2021·湖南卷，1]核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理．下列說(shuō)法正確的是( )
A．放射性元素經(jīng)過(guò)兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡
B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒
C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期
D．過(guò)量放射性輻射對(duì)人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量?jī)?nèi)則沒(méi)有傷害
4．[2021·河北卷，1]銀河系中存在大量的鋁同位素26Al.26Al核β衰變的衰變方程為1326A1→1226Mg＋10e，測(cè)得26Al核的半衰期為72萬(wàn)年．下列說(shuō)法正確的是( )
A．26Al核的質(zhì)量等于26Mg核的質(zhì)量
B．26Al核的中子數(shù)大于26Mg核的中子數(shù)
C．將鋁同位素26Al放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變
D．銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素26Al將在144萬(wàn)年以后全部衰變?yōu)?6Mg
考點(diǎn)三 核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程
核反應(yīng)的四種類型
例3 2021·浙江6月，14](多選)對(duì)四個(gè)核反應(yīng)方程(1)92238U―→90234Tn＋24He；
(2) 90234Tn―→91234Pa＋?10e；
(3)714N＋24He―→817O＋11H；
(4)12H＋13H―→24He＋01n＋17.6 MeV，下列說(shuō)法正確的是( )
A．(1)(2)式核反應(yīng)沒(méi)有釋放能量
B．(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程
C．(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程
D．利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一
跟進(jìn)訓(xùn)練
5.(多選)在研究原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，科學(xué)家進(jìn)行了一系列的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)．下列選項(xiàng)中說(shuō)法正確的是( )
①1530P→1430Si＋10e
②12H＋13H→24He＋01n＋17.6 MeV
③24He＋49Be→612C＋01n
④92235U＋01n→54140Xe＋3894Sr＋x01n
A．①是發(fā)現(xiàn)磷的同位素的核反應(yīng)方程
B．②是太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)和氫彈的核反應(yīng)方程
C．③是輕核聚變的核反應(yīng)方程
D．④是重核裂變的核反應(yīng)方程，其中x＝3
6．(多選)新冠病毒是一種傳染病毒，傳染病的傳播過(guò)程十分復(fù)雜，但是可以構(gòu)建最簡(jiǎn)單的傳播模型來(lái)描述，這個(gè)最簡(jiǎn)模型可稱為鏈?zhǔn)侥Ｐ?，類似于核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模型．鈾裂變核反應(yīng)方程為92235U＋ZAn→56144Ba＋3689Kr＋RZAn，其中n表示中子．裂變后產(chǎn)生的中子能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)的次數(shù)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的“傳染系數(shù)”．下列說(shuō)法正確的有( )
A．從鈾裂變核反應(yīng)方程看，“傳染系數(shù)”R＝2
B．核反應(yīng)堆中通過(guò)鎘板吸收中子降低“傳染系數(shù)”
C．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界值對(duì)應(yīng)的實(shí)際“傳染系數(shù)”為1
D．核反應(yīng)堆中的實(shí)際“傳染系數(shù)”與鈾濃度無(wú)關(guān)
考點(diǎn)四 核能及其計(jì)算
1．核能的計(jì)算方法：
(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)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×931.5 MeV計(jì)算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．
2．應(yīng)用規(guī)律：
例4 [2022·蘇州一模]一個(gè)靜止的鈾核92232U (質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個(gè)α粒子(質(zhì)量為4.002 6 u)后衰變成釷核90228Th (質(zhì)量為228.028 7 u).已知1 u相當(dāng)于931 MeV的能量．下列說(shuō)法正確的是( )
A．該核衰變反應(yīng)方程為92232U→90228Th＋24He
B．該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能為0.059 MeV
C．該反應(yīng)產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量相同
D．假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動(dòng)能，則釷核獲得的動(dòng)能約為0.017 MeV
跟進(jìn)訓(xùn)練
7.(多選)2021年1月30日，“華龍一號(hào)”全球首堆福建福清核電5號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行．這是中國(guó)核電發(fā)展的重大跨越，標(biāo)志著我國(guó)在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，成為繼美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)家之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國(guó)家．“華龍一號(hào)”運(yùn)用了先進(jìn)的百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)，設(shè)某核反應(yīng)方程為92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n，其中92235U、56144Ba、3689Kr、01n的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，光速為c.下列說(shuō)法正確的是 ( )
A．此核反應(yīng)為核聚變反應(yīng)
B．56144Ba及3689Kr的比結(jié)合能小于92235U的比結(jié)合能
C．一次核反應(yīng)釋放的核能為E＝(m1－m2－m3－2m4)c2
D．核燃料需達(dá)到臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
8．(多選)太陽(yáng)輻射的總功率約為4×1026 W，其輻射的能量來(lái)自聚變反應(yīng)．在聚變反應(yīng)中，一個(gè)質(zhì)量為1 876.1 MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核(12H)和一個(gè)質(zhì)量為2 809.5 MeV/c2的氚核(13H)結(jié)合為一個(gè)質(zhì)量為3 728.4 MeV/c2的氦核(24He)，并放出一個(gè)X粒子，同時(shí)釋放大約17.6 MeV的能量．下列說(shuō)法正確的是( )
A．X粒子是質(zhì)子
B．X粒子的質(zhì)量為939.6 MeV/c2
C．太陽(yáng)每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為4.4×109 kg
D．太陽(yáng)每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為17.6 MeV/c2
第2講 原子結(jié)構(gòu) 原子核
必備知識(shí)·自主排查
一、
1．(1)J.J.湯姆孫 電子 (2)盧瑟福 原來(lái)的 (3)正電荷 質(zhì)量
2．(1)波長(zhǎng) (2)亮線 光帶 (3)R∞122?1n2
3．(1)量子化 穩(wěn)定 特定 能級(jí) 基態(tài) 激發(fā)態(tài) En－Em
二、
1．(1)自發(fā) 貝可勒爾 原子核 (2)天然 人工 示蹤原子
2e24He 2e 最強(qiáng) 較差 電子 －e 較弱 0 最強(qiáng)
3．(1)核子 (2)中性原子的核外電子數(shù) 核子數(shù) (3)質(zhì)量數(shù)
4．(1)α粒子 電荷數(shù) 質(zhì)量數(shù) 24He ?10e
(2)半數(shù) 內(nèi)部 沒(méi)有
三、
1．(1)核子
2．(1)mc2 (2)Δmc2 (3)Δmc2
四、
1．(1)大 小 (2)釋放出 中子 (3) 01n (4)中子 (5)鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (6)原子彈 (7)鎘棒
2．(1)較大 熱核
科學(xué)情境
1．(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
教材拓展
2．(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√
3．解析：湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，標(biāo)志著原子結(jié)構(gòu)研究的開(kāi)始，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，而天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)誤；為了解釋?duì)亮Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，故A正確，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能說(shuō)明電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故D錯(cuò)誤．
答案：A
4．解析：本題考查元素的衰變和質(zhì)能方程．根據(jù)核反應(yīng)前后電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒得X的電荷數(shù)為94－2＝92，質(zhì)量數(shù)為239－4＝235，則中子數(shù)為235－92＝143，故A正確；半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用，故B錯(cuò)誤；衰變發(fā)出的γ射線是頻率很高的電磁波，具有很強(qiáng)的穿透能力，故C正確；在衰變的過(guò)程中，根據(jù)質(zhì)能方程知，有能量放出，則一定有質(zhì)量虧損，故D錯(cuò)誤．
答案：AC
5．解析：A、B所列反應(yīng)是核聚變，不是β衰變，β衰變要放出電子，故A對(duì)，B錯(cuò)；C、D兩種反應(yīng)都是核裂變，故C對(duì)，D錯(cuò)．
答案：AC
關(guān)鍵能力·分層突破
例1 解析：根據(jù)公式Cn2＝3，可知n＝3，因此受到激發(fā)后的氫原子處于第n＝3能級(jí)；根據(jù)氫原子由n＝3躍遷到n＝1產(chǎn)生的光子能量與從n＝1躍遷到n＝3所吸收的光子能量相等可知，照射氫原子的光子能量為：ΔE31＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，故A錯(cuò)誤；頻率大小關(guān)系為νa>νb>νc，從n＝3躍遷到n＝2輻射出的能量最小，即其對(duì)應(yīng)的光頻率為νc，故B錯(cuò)誤；氫原子由n＝3躍遷到n＝1產(chǎn)生的光的能量最大，輻射出的光頻率為νa，故C錯(cuò)誤；氫原子由n＝3躍遷到n＝1產(chǎn)生的光的能量為12.09 eV，依據(jù)光電效應(yīng)方程，所以能使逸出功為10.2 eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確．
答案：D
1．解析：圖甲的光電效應(yīng)中，由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可知Ek＝hν－W0，說(shuō)明光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系，不成正比，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；圖乙中，鈾核裂變中放出新的中子又引起新的裂變，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，選項(xiàng)B正確；圖丙中，氫原子能級(jí)是分立的，原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；圖丁中，盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出的是原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．
答案：B
2．解析：由譜線a的光子的波長(zhǎng)大于譜線b的光子的波長(zhǎng)，可知譜線a的光子頻率小于譜線b的光子頻率，所以譜線a的光子能量小于n＝5和n＝2間的能級(jí)差，選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤．
答案：D
例2 解析：根據(jù)圖象可得其原子核分別為92238X、（82206Y，設(shè)經(jīng)歷α衰變x次，β衰變y次，由于β衰變不會(huì)改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù)，則可根據(jù)衰變前后質(zhì)量數(shù)的變化求解α衰變的次數(shù)，即x＝238?2064＝8，根據(jù)電荷數(shù)守恒求β衰變的次數(shù)，即y＝82＋2x－92＝6，而只有β衰變才放出電子，故β衰變6次，放出6個(gè)電子，故選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)A正確．
答案：A
3．解析：根據(jù)半衰期的定義可知，放射性元素經(jīng)過(guò)兩個(gè)完整的半衰期后，還剩原來(lái)的14未衰變，A錯(cuò)誤；原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒，B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系，因此改變壓力、溫度或濃度，放射性元素的半衰期不變，C錯(cuò)誤；過(guò)量放射性輻射對(duì)人體組織有破壞作用，若輻射強(qiáng)度在安全劑量?jī)?nèi)則不會(huì)對(duì)人體組織造成傷害，D正確．
答案：D
4．解析：26Al發(fā)生衰變的過(guò)程中釋放正電子的同時(shí)還有核能釋放，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以26Al核的質(zhì)量大于26Mg核的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；26Al核的中子數(shù)n1＝26－13＝13，而26Mg核的中子數(shù)n2＝26－12＝14，所以26Al核的中子數(shù)小于26Mg核的中子數(shù)，故B錯(cuò)誤；半衰期是原子核固有的屬性，與物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故C正確；鋁同位素26Al的半衰期為72萬(wàn)年，所以經(jīng)過(guò)144萬(wàn)年也就是兩個(gè)半衰期后還剩下14沒(méi)有衰變，故D錯(cuò)誤．
答案：C
例3 解析：(1)為α衰變，(2)為β衰變，衰變過(guò)程同時(shí)釋放能量，A錯(cuò)誤；(3)是盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核產(chǎn)生氧的一種同位素，是人類第一次原子核的人工轉(zhuǎn)變，而核衰變是原子核自發(fā)產(chǎn)生的變化，B錯(cuò)誤，C正確；(4)為核聚變反應(yīng)方程，可控核聚變是人類正在嘗試的技術(shù)之一，D正確．
答案：CD
5．解析：1530P→1430 Si＋10e是磷的衰變方程，自然界沒(méi)有天然的1530P，它是約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時(shí)發(fā)現(xiàn)的，屬于人工放射性同位素，核反應(yīng)方程是24He+2713Al→1530P＋01n，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)和氫彈的核反應(yīng)方程是12H+13H→24 He＋01n＋17.6 MeV，選項(xiàng)B正確；兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核是核聚變反應(yīng)，故③是輕核的聚變，選項(xiàng)C正確；根據(jù)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒可知235＋1＝140＋94＋x，解得x＝2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．
答案：BC
6．解析：中子的電荷數(shù)Z＝0，質(zhì)量數(shù)A＝1，核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒，因此可計(jì)算得R＝3，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)堆中通過(guò)鎘板吸收中子，減少轟擊鈾核的中子數(shù)，最終起到降低實(shí)際“傳染系數(shù)”的作用，所以B正確；在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，當(dāng)實(shí)際“傳染系數(shù)”R≥1時(shí)，反應(yīng)才能持續(xù)發(fā)展下去，當(dāng)實(shí)際“傳染系數(shù)”R

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