第13章 第2讲 原子结构和原子核（word教参）-【正禾一本通】2024高考物理高三一轮总复习高效讲义（老教材老高考）

第2讲 原子结构和原子核　►对应学生用书P295 【课标解读】 　1.知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，掌握核能的计算方法。 　备考第1步——梳理教材基础，落实必备知识 一、原子结构 1．电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子。 2．原子的核式结构模型 (1)α粒子散射实验[1]：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。(如图所示) (2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 注解[1] 注意关键词“绝大多数”“少数”“极少数”等。 3．氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把物质发出的光按波长(频率)展开，获得光的波长(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：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3，4，5…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1)。 (4)光谱分析[2]：利用每种原子都有自己的特征谱线，可以用光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。 注解[2] 某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的。线状谱和吸收光谱都对应某种元素，都可以用来进行光谱分析。 4．玻尔理论 　能级 (1)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。 (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝En－Em(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)。 (3)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。 (4)氢原子的能级图(如图所示) (5)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3…)，其中基态能量E1最低，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3…)，其中r1为基态半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 二、天然放射性现象和原子核 1．天然放射现象 (1)天然放射现象：放射性元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 (2)三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 (3)放射性同位素的应用与保护 ①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。 ②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 ③防护：防止放射性对人体组织的伤害。 2．原子核的组成 (1)原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。 (2)基本关系 ①电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数。 ②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数 ③X元素的原子核的符号X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。 3．原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变 ①衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 ②分类： α衰变[3]：X―→Y＋ He β衰变：X―→Y＋ e γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。 注解[3] 书写核反应方程应遵循质量数守恒、电荷数守恒，但不是总质量守恒。 (2)半衰期[4] ①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 ②影响因素：半衰期是由原子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无关。 ③公式：N余＝N原，m余＝m原。 注解[4] 半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，因此，半衰期只适用于大量的原子核。 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)比结合能[5]：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。 (3)爱因斯坦质能方程E＝mc2，ΔE＝Δmc2。 (4)由质量亏损释放的核能ΔE＝Δmc2。 注解[5] 核子数越多，结合能越大，比结合能