一、原子結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家_________發(fā)現(xiàn)了電子。2．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)α粒子散射實驗：1909～1911年，英國物理學家_________和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿______方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。
(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的_________和幾乎全部______都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。
二、氫原子光譜1．光譜：用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(頻率)展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。2．光譜分類
4．光譜分析：利用每種原子都有自己的____________可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義。
三、氫原子核外電子的排布1．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列_________的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是______的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應。原子的定態(tài)是_________的，因此電子的可能軌道也是_________的。
2．氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖所示
②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。
四、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素1．原子核的組成原子核是由______和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的_________。2．天然放射現(xiàn)象元素______地放出射線的現(xiàn)象，首先由____________發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有______的結(jié)構(gòu)。
3．放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素：有______放射性同位素和______放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同。(2)應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作____________等。(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。
4．原子核的衰變(1)衰變：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種_________的變化稱為_________的衰變。
(3)半衰期：放射性元素的原子核有______發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的______、______狀態(tài)無關(guān)。
五、核力和核能1．核力原子核內(nèi)部，_________所特有的相互作用力。2．結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時______的能量或原子核分解為核子時______的能量，叫作原子核的結(jié)合能。
3．比結(jié)合能(1)定義原子核的結(jié)合能與_________之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。(2)特點不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越______。
4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝_____。原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝_________。
六、裂變反應和聚變反應、裂變反應堆、核反應方程1．重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。(2)典型的裂變反應方程：
(3)鏈式反應：重核裂變產(chǎn)生的______使核裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程。(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生____________的最小體積及其相應的質(zhì)量。(5)裂變的應用：_________、核反應堆。(6)反應堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、______、防護層。
2．輕核聚變(1)定義：兩個輕核結(jié)合成____________的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫____________。(2)典型的聚變反應方程：
一、易錯易誤辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)α、β、γ三種射線中，α射線的電離作用最強。(　　)(2)半衰期與溫度無關(guān)。(　　)(3)如果某放射性元素的原子核有100個，經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。(　　)(4)所有元素都可以發(fā)生衰變。(　　)(5)核反應中質(zhì)量數(shù)守恒，故沒有質(zhì)量虧損。(　　)(6)質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。(　　)
二、教材習題衍生1．(氫原子能級)由玻爾原子模型求得氫原子能級如圖所示，已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV 之間，則(　　)
A．氫原子從高能級向低能級躍遷時可能輻射出γ射線B．氫原子從n＝3能級向n＝2能級躍遷時會輻射出紅外線C．處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線并發(fā)生電離D．大量氫原子從n＝4能級向低能級躍遷時可輻射出4種頻率的可見光
C　[γ射線是放射性元素的原子核從高能級向低能級躍遷時輻射出來的，氫不是放射性元素，A錯誤；氫原子從n＝3能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光子的能量E＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV,1.62 eV0－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能。
2．解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應注意(1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En決定，波長可由公式c＝λν求得。(2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。(3)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。
②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。
[跟進訓練]?1．(2022·泰州等江蘇7市高三第三次調(diào)研測試)如圖所示，銫133原子基態(tài)有兩個超精細能級，從能級2躍遷到能級1發(fā)出光子的頻率約為9.2×109 Hz，時間單位“秒”是根據(jù)該輻射光子的頻率定義的?？梢姽獠ㄩL范圍為400 nm～700 nm。則(　　)
A．秒是國際單位制中的導出單位B．該躍遷輻射出的是γ射線C．銫133從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射光子的頻率大于9.2×109 HzD．用頻率為9.2×109 Hz的光照射鋅板，能發(fā)生光電效應
C　[秒是國際單位制中的基本單位，不是導出單位，A錯誤；γ射線是波長短于0.01埃的電磁波，頻率超過300 EHz(3×1020 Hz)，從能級2躍遷到能級1發(fā)出光子的頻率約為9.2×109 Hz，故躍遷輻射出的不是γ射線，B錯誤；銫133從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射光子的頻率大于從能級2躍遷到能級1發(fā)出光子的頻率，即大于9.2×109 Hz，C正確；已知可見光的紫光可以照射鋅板使其發(fā)生光電效應,
2．(2022·蘇北七市高三三模)為了更形象地描述氫原子能級和氫原子軌道的關(guān)系，作出如圖所示的能級軌道圖，處于n＝4能級的氫原子向n＝2能級躍遷時輻射出可見光a，處于n＝3能級的氫原子向n＝2能級躍遷時輻射出可見光b，則以下說法正確的是(　　)
A．a(chǎn)光的波長比b光的波長長B．輻射出b光時，電子的動能和電勢能都會變大C．一個處于n＝4能級的氫原子自發(fā)躍遷可釋放6種頻率的光D．a(chǎn)光照射逸出功為2.14 eV的金屬時，光電子的最大初動能為0.41 eV
D　[處于n＝4能級的氫原子向n＝2能級躍遷時輻射出可見光a，有E4－E2＝hνa＝2.55 eV，處于n＝3 能級的氫原子向n＝2能級躍遷時輻射出可見光b，有E3－E2＝hνb＝1.89 eV，所以a光的頻率將大于b光的頻率，由于光的頻率越大其波長越小，則a光的波長比b光的波長小，所以A錯誤；輻射出b光時，電子的動能變大，電勢能減小，總能量減小，所以B錯誤；一群處于n＝4能級的氫原子自
3．如圖所示是玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖。大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷放出若干頻率的光子，設普朗克常量為h，下列說法不正確的是(　　)
C．當氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時，氫原子的能量變大D．若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應，則當氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為E3－E2
4．如圖為氫原子能級圖，已知可見光的光子的能量范圍為1.62～3.11 eV，普朗克常量h＝6.63×10—34 J·s。下列說法不正確的是(　　)
A．能量為13.0 eV的光子或者電子均可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)B．處于n＝3能級的氫原子能吸收任意頻率的紫外線C．鋅的逸出功是3.34 eV，一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光照射鋅板，鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為8.75 eVD．波長為60 nm的倫琴射線能使處于基態(tài)的氫原子電離
A　[用能量為13.0 eV的光子照射，基態(tài)的氫原子若吸收13 eV的能量，則能量值為－0.6 eV，氫原子沒有該能級，所以不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷，故A錯誤；紫外線光子的最小能量為3.11 eV，處于n＝3能級的氫原子的電離能為1.51 eV，所以任意頻率的紫外線都能被n＝3能級的氫原子吸收，故B正確；一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時輻射光子最大能量為hνm＝E3－E1＝12.09 eV，克服逸出功后剩余的動能最大為Ekm＝hνm－W＝8.75 eV，故C正
1．(三種射線及其特性)“慧眼”(HXMT)是我國首顆大型X射線天文衛(wèi)星，觀測的范圍是美麗的銀河系，γ射線暴是主要研究對象之一。γ射線暴是來自天空中某一方向的γ射線強度在短時間內(nèi)突然增強，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象，它是僅次于宇宙大爆炸的爆發(fā)現(xiàn)象。則下列關(guān)于γ射線的論述中正確的是(　　)A．γ射線同α射線、β射線一樣，都是高速帶電粒子流B．γ射線的穿透能力比α射線、β射線都強　C．α射線是原子核能級躍遷時產(chǎn)生的　D．利用γ射線可以使空氣電離，消除靜電
考點3　原子核的衰變及半衰期
B　[γ射線是電磁波，不是高速帶電粒子流，故A錯誤；α、β、γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透能力最強，故B正確；γ射線是原子核從高能級向低能級躍遷時，以能量的形式輻射出來的電磁波，故C錯誤；γ射線的電離本領最弱，α射線的電離本領最強，利用α射線可以使空氣電離，將靜電泄出，消除靜電，故D錯誤。]
2．(α、β衰變及衰變次數(shù)的確定)下列說法正確的是(　　)A．天然放射現(xiàn)象揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)　?C．α、β和γ三種射線中α射線的穿透力最強　D．氫原子向低能級躍遷后，核外電子的動能減小
3. (運動軌跡與衰變種類分析)如圖所示，靜止的U核發(fā)生α衰變后生成反沖Th核，兩個產(chǎn)物都在垂直于它們速度方向的勻強磁場中做勻速圓周運動，下列說法正確的是(　　)?B．Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比為45∶1C．Th核和α粒子的動能之比為45∶1D．Th核和α粒子在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)的方向相反
1．α衰變、β衰變的比較
2．三種射線的成分和性質(zhì)
4．對半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或少量原子核，無半衰期可言。
考點4　核反應方程與核能的計算
(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。(3)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。
3．核能的計算方法(1)利用質(zhì)能方程計算核能①根據(jù)核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質(zhì)量虧損Δm。②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能。質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”。③ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算ΔE，此時ΔE的單位為“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相當于931.5 MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應用。
(2)利用比結(jié)合能計算核能原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)。核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應后生成的所有新核的總結(jié)合能的差值，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。
B　[核反應過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1，故B正確，A、C、D錯誤。]
4．(2020·全國卷Ⅱ)氘核H可通過一系列聚變反應釋放能量，其總效果可用反應式6H→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標準煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1 kg標準煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，則M約為(　　)A．40 kg B．100 kgC．400 kg D．1 000 kg
1．本題以海水中氘核的聚變反應為背景命題，強調(diào)清潔能源的發(fā)展前景，增強學生的環(huán)境意識和社會責任感。2．當比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時，釋放能量。
[示例1]　在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖中a、b所示。由圖可以判定(　　)A．該核發(fā)生的是α衰變B．該核發(fā)生的是β衰變C．磁場方向一定垂直紙面向里D．磁場方向一定垂直紙面向外
B　[原來靜止的核，放出粒子后，總動量守恒，所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據(jù)圖示，它們在同一磁場中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應為β衰變；由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向，因而無法判定磁場是向里還是向外，即都有可能。故B項正確。]
[示例2]　在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于放出一個α粒子，結(jié)果得到一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測得兩個相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44。則：(1)圖中哪一個圓是α粒子的徑跡？(說明理由)(2)這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少？
[解析]　(1)因為動量守恒，所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比，所以圓軌道2是α粒子的徑跡，圓軌道1是新生核的徑跡，兩者電性相同，運動方向相反。(2)設衰變后新生核的電荷量為q1，α粒子的電荷量為q2＝2e，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，衰變后的速度分別為v1和v2，所以原來原子核的電荷量q＝q1＋q2。
又由于衰變過程中遵循動量守恒定律，則m1v1＝m2v2，聯(lián)立解得q＝90e。即這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)為90。[答案]　(1)圓軌道2是α粒子的徑跡，理由見解析(2)90

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