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讓你的青春少走彎路原子結構

原子核部分是選修3-5的重點內(nèi)容，主要考察內(nèi)容就是原子和原子核結構、質(zhì)能方程、能級躍遷等重要知識點，同學要重視條件和特點，在這個基礎上進行題型鞏固。使用說明-內(nèi)容說明01目

錄梳理知識體系CONTENTS02解決經(jīng)典問題實例PA

RT

1梳理知識體系DREAMOFTHEFUTURE原子結構

原子核大

致

框

架氫原子光譜、氫原子的能級、能級公式原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素核力、結合能、質(zhì)量虧損原子結構?原子核裂變反應和聚變反應裂變反應堆?核反應方程氫原子能級及能級躍遷考點原子核的衰變及半衰期核反應方程及核反應類型原子結構

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架1.原子的核式結構(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。(2)α粒子散射實驗：1909～1911年，英國物理學家盧瑟福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原來方向前進，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。氫原子光譜、氫原子的能級、能級公式(3)原子的核式結構模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2.光譜(1)光譜用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜。有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。原子結構

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架3.玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，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＝E

－E

(h是普朗mn克常量，h＝6.63×10－34J·s)。氫原子光譜、氫原子的能級、能級公式(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)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。4.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖1所示(2)氫原子的能級和軌道半徑①氫原子的能級公式：E

＝E

/n2

(n＝1，2，3，…)，其中E

為基態(tài)能量，1n1其數(shù)值為E1＝－13.6eV。②氫原子的半徑公式：r

＝n2r

(n＝1，2，3，…)，其中r

為基態(tài)半徑，n11又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。原子結構

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架1.原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。2.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復雜的結構。(2)放射性和放射性元素物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線。(4)放射性同位素的應用與防護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、作示蹤原子等。③防護：防止放射性對人體組織的傷害。原子結構

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架3.原子核的衰變(1)衰變：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)分類原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素α衰變：ZAX→Z-2A-4Y＋24Heβ衰變：ZAX→Z+1AY＋-10e兩個典型的衰變方程。①α衰變：

238U→

234Th＋

4He；29290②β衰變：

234Th→

234Pa＋

0e；-19091(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)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，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關。原子結構

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架1.核力(1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。(2)特點：核力、結合能、質(zhì)量虧損①核力是強相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)；③每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。2.結合能核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能。原子結構

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架3.比結合能(1)定義：原子核的結合能與核子數(shù)之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。(2)特點：核力、結合能、質(zhì)量虧損不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。4.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2，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＝Δmc2。原子結構

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架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：235U＋

1n→

89Kr＋

144Ba＋3

1n。92036560裂變反應和聚變反應、裂變反應堆?核反應方程(3)鏈式反應：由重核裂變產(chǎn)生的中子使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)生鏈式反應的最小體積及其相應的質(zhì)量。(5)裂變的應用：原子彈、核反應堆。(6)反應堆構造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。2.輕核聚變(1)定義：兩輕核結合成質(zhì)量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應。(2)典型的聚變反應方程：2H＋

3H→

4He＋

1n＋17.6MeV2110原子結構

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架氫原子能級及能級躍遷考點2.電離原子核的衰變及半衰期核反應方程及核反應類型電離態(tài)與電離能電離態(tài)：n＝∞，E＝0基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－（－13.6eV）＝13.6eV電離能。n＝2→電離態(tài)：E

＝0－E

＝3.4eV吸2如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。原子結構

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架1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)α衰變和β衰變的比較氫原子能級及能級躍遷考點原子核的衰變及半衰期核反應方程及核反應類型(2)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。原子結構

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架2.三種射線的成分和性質(zhì)氫原子能級及能級躍遷考點原子核的衰變及半衰期核反應方程及核反應類型3.半衰期的理解t

/

t

/T

1

2

1

半衰期的公式：

，

。式中N

、mNN原m余m原

2

表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N

、m

表示原原余余余衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。原子結構

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架核反應的四種類型氫原子能級及能級躍遷考點原子核的衰變及半衰期核反應方程及核反應類型原子結構

原子核知識樹原圖PA

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2利用知識體系框架來解題DREAMOFTHEFUTURE經(jīng)典例題1原子核

238U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?/p>

234Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變9092為原子核

234Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍?/p>

234U。放射性衰變①、9291②和③依次為(??)A.α衰變、β衰變和β衰變B.β衰變、α衰變和β衰變C.β衰變、β衰變和α衰變D.α衰變、β衰變和α衰變答案解析1答案解析：

238U→

234Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變。909290234Th→91234Pa，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明②為β衰變。中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子，

234Pa→

234U，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明③為β衰變，9192中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子。選項A正確。經(jīng)典例題2核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高罹患癌癥的風險。已知钚的一種同位素239Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為

239Pu→X＋

4He＋γ，下列說94942法中正確的是(??)A.X原子核中含有92個中子B.100個94239Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C.由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量增加D.衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力答案解析2答案解析：根據(jù)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得，X原子核中含有92個質(zhì)子，235個核子，則中子數(shù)為235－92＝143(個)，選項A錯誤；半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，100個94239Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個，選項B錯誤；由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質(zhì)量減少，選項C錯誤；衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，選項D正確。經(jīng)典例題3氫原子的能級示意圖如圖2所示。開始大量的氫原子均處于基態(tài)，用一束光子能量為E＝12.75eV的單色光照射該氫原子，并用發(fā)出的光線照射逸出功為2.29eV的鈉。則下列分析正確的是(??)A.該氫原子能發(fā)出10種不同頻率的光B.發(fā)出的光線中有4種光子能使鈉發(fā)生光電效應C.發(fā)出的光線中，能量為0.66eV的光子波長最長D.發(fā)出的光線中，光子的最大能量為13.06eVE.鈉發(fā)出的光電子的最大初動能為10.46eV答案解析3答案解析：用光子能量為12.75eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，原子能量為E＝－13.6eV＋12.75eV＝－0.85eV，知原子躍遷到第4能級，根據(jù)C42＝6知，最多發(fā)射6種不同波長的光子，A錯誤；根據(jù)Em－En＝hν得：從n＝4躍遷到n＝3能級輻射的光子能量最小，波長最長，其能量為E4－E3＝－0.85－(－1.51)＝0.66eV，C正確；從n＝4躍遷到n＝1能級輻射的光子能量最大，光子能量為E4－E1＝－0.85－(－13.6)＝12.75eV，D錯誤；當光子能量大于鈉的逸出功時，則可發(fā)生光電效應，經(jīng)計算可知，能使鈉發(fā)生光電效應的光線有四種，B正確；鈉發(fā)出的所有光電子中最大的初動能為Ek＝12.75eV－2.29eV＝10.46eV，E正確。PA

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3回顧落實DREAMOFTHEFUTURE要點①能級之間發(fā)生躍遷時放