第15章 第2讲 原子结构 原子核（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（新教材 新高考）

5 / 26 第2讲　原子结构 原子核 一、原子的核式结构模型 1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2．α粒子散射实验 (1)装置：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，实验装置如图所示。 (2)现象：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) 3．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，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。 二、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。 三、玻尔的原子模型 1．玻尔原子模型的三条假设 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 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＝En－Em。(m<n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) 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，因此电子的轨道半径也是不连续的 2．氢原子的能量和能级跃迁 (1)氢原子的能级图：如图所示。 (2)能级和半径公式： ①能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 四、天然放射现象和原子核 1．天然放射现象 (1)发现：由法国物理学家贝克勒尔发现。 (2)概念：放射性元素自发地发出射线的现象。 (3)意义：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 (1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。 (2)原子核的符号：X，其中A表示质量数，Z表示核的电荷数(即原子序数)。 (3)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。 3．原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变 ①概念：原子核自发地放出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：X―→Y＋He； β衰变：X―→Y＋e。 [注意]　γ射线是伴随原子核发生α衰变或β衰变而产生的。 ③规律：a.质量数守恒；b.电荷数守恒。 (2)半衰期 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：放射性元素的半衰期是由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没有关系。 (3)公式：N余＝N原·，m余＝m原·。 4．放射性同位素 (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，一种元素的各种放射性同位素的化学性质相同。 (2)应用：射线测厚仪、放射治疗、培优保鲜、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 ①概念：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 ②特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在相邻的核子间。 (2)核能 ①质能关系：E＝mc2 ②核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其释放的能量ΔE＝Δmc2。 ③核能的吸收：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―→Ba＋Kr＋3n。 ③链式反应：重核裂变产生的中子使核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：核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、核反应堆。 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典型的核聚变反应方程：H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。 微点判断　 (1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。(√) (2)按照玻尔理论，核外电子均匀