第15章 第1讲 原子结构和原子核-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

第1讲　原子结构和原子核 授课提示：对应学生用书第367页 一、原子结构 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：英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行了用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。 (2)原子的核式结构模型：在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核，而电子在核外绕核运动。 二、氢原子光谱 1．光谱：复色光通过分光镜后分解为一系列按波长的顺序排列的光带。 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，其波长公式为＝RH(－)(n＝3,4,5，…)，RH是里德伯常量，RH＝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化学组成成分。在化工材料、医疗等领域具有广泛的应用。 三、氢原子的能级、能级公式 1．玻尔理论 (1)量子化 电子围绕原子核运动的轨道是一系列分立的、特定的轨道，围绕原子核运动的电子轨道半径的大小只能是符合一定条件的，我们称之为轨道量子化；原子的能量也是量子化的，这些不同的能量值就称为能级；当电子在这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态。能量最低的状态称为基态，其他状态称为激发态。 (2)跃迁 当原子中的电子从能量较高的定态En跃迁到另一能量较低的定态Em时，就会发射一个光子。光子的能量hν＝En－Em。当电子吸收某一能量的光子后会从低能级状态跃迁到高能级状态，吸收的光子的能量hν＝En－Em。 2．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E1为基态能量，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。 四、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．核力 原子核内部，核子间所特有的强相互作用力。 4．放射性元素的衰变 (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。 五、核反应、结合能、核裂变、核聚变 1．核反应：原子核与原子核，或者原子核与其他粒子相互作用产生新核的过程，叫作核反应。 2.结合能、比结合能 (1)结合能：由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量称为原子核的结合能。 (2)质量亏损 在核反应前原子核的总质量大于核反应后原子核的总质量的现象。 (3)质能方程：E＝m·c2。 (4)比结合能 把原子核的结合能ΔE除以核子数A，即，称为原子核的比结合能，也叫作平均结合能。 3．重核裂变 (1)定义：把重核分裂成几个中等质量原子核的核反应现象称为核裂变。 (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。 4．轻核聚变 (1)定义：把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变，核聚变反应也称热核反应。 (2)典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n。 授课提示：对应学生用书第368页 考点一　原子的核式结构　 基础考点 分析α粒子散射轨迹的思路 (1)在α粒子散射实验中，α粒子与重金属原子核都带正电，其相互作用力遵守库仑定律。 (2)α粒子的运动轨迹由重金属原子核对α粒子的库仑力的大小和方向及粒子的运动方向等因素决定。 (3)根据牛顿第二定律，α粒子在各点处的加速度方向由库仑力的方向决定。 典例1　(2020·天津卷)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(　　) [解析]　发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子轰击金箔发生散射的实验，选项D正确。 [答案]　D 典例2　(多选)如图所示为α粒子散射实验装置的示意图，关于荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是(　　) A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 C．放在C、D位置