第50讲原子结构和原子核-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第50讲原子结构和原子核 学习目标 明确目标 确定方向 1. 电子发现和原子核式结构 2. 波尔原结构模型 3. 天然放射现象 4. 原子核组成，核力和核能 【知识回归】 回归课本 夯实基础 一、原子物理 1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2．原子的核式结构 (1)α粒子散射实验：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方向前进，但有少数α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。 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(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。 (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，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．玻尔理论的三条假设： (1)定态假设：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)跃迁假设：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＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道假设：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。 5．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示 (2)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，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 二、原子核 1．天然放射现象 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．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 3．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。 (2)分类：α衰变：X→Y＋He，如：U→Th＋He β衰变：X→Y＋e，如：Th→Pa＋e (3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。 4．放射性同位素的应用与防护 (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、做示踪原子等。 (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 5．核力和核能 (1)核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 (2)核能 ①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。 ②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 6．裂变反应和聚变反应 (1)重核裂变　 ①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 ②典型的裂变反应方程：U＋n→Kr＋Ba＋3n。 ③链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 ④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 ⑤裂变的应用：原子弹、核电站。 ⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 (2)轻核聚变 ①定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 ②典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 【典例分析】 精选例题 提高素养 【例1】下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（　　） A．图甲，卢瑟福通