第3单元 原子结构和原子核 必备知识要打牢 抓双基 固本源 F握程度 IBEL ZHISHI YAO DALAO 知说点 原子结构 [记一记] 1.原子的核式结构 (1)1909~1911年,英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验,提出了核式结构模型。 (2)x粒子散射实验: ①实验装置:如图13-3-1所示 荧光屏 c粒子 图 ②实验结果:α粒子穿过金箔后,绝大多数沿原方向前进,少数发生较大角度偏转,极 少数偏转角度大于90°,甚至被弹回 (3)核式结构模型:原子中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎 全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转 2.氢原子光谱 氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线,这些光谱线可用一个统一的公式表示: RO n=3.4.5 3.玻尔的原子模型 (1)玻尔理论: ①轨道假设:原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动,电子绕核运动 的可能轨道是不连续的 ②定态假设:电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态,因而具有不同的能量 即原子的能量是不连续的。这些具有确定能量的稳定状态称为定态,在各个定态中,原子是 稳定的,不向外辐射能量 ③跃迁假设:原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光 子,光子的能量等于两个状态的能量差,即h=Em-En
1 第 3 单元 原子结构和原子核 原子结构 [记一记] 1．原子的核式结构 (1)1909～1911 年，英国物理学家卢瑟福进行了 α 粒子散射实验，提出了核式结构模型。 (2)α 粒子散射实验： ①实验装置：如图 13－3－1 所示。 图 13－3－1 ②实验结果：α 粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极 少数偏转角度大于 90°，甚至被弹回。 (3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎 全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 2．氢原子光谱 氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示： 1 λ ＝R( 1 2 2－ 1 n 2 ) n＝3,4,5…… 3．玻尔的原子模型 (1)玻尔理论： ①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动 的可能轨道是不连续的。 ②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量， 即原子的能量是不连续的。这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是 稳定的，不向外辐射能量。 ③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光 子，光子的能量等于两个状态的能量差，即 hν＝Em－En
(2)几个概念: ①能级:在玻尔理论中,原子各个状态的能量值 ②基态:原子能量最低的状态。 ③激发态:在原子能量状态中除基态之外的其他较高的状态。 ④量子数:原子的状态是不连续的,用于表示原子状态的正整数。 (3)氢原子的能级和轨道半径: ①氢原子的半径公式:mn=2n(n=1,2,3…),其中n为基态半径,n=0.53×100ma ②氢原子的能级公式:En==E1(n=1,2,3…),其中E1为基态能量,E1=-13.6eV。 [试一试 1.卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构,正确反映实验结果的示意图是 B 图13-3-2 解析:选Dα粒子轰击金箔后偏转,越靠近金原子核,偏转的角度越大,所以A、B、 C错误,D正确 原子核 想一想 如图13-3-3甲是a、β、γ三种射线穿透能力的示意图,图乙是工业上利用射线的穿 透性来检查金属内部的伤痕的示意图。 付线源 γ射线 数器 图13-3-3 请思考:(1)图甲中到达铝板和到达混凝土的射线各是什么射线? (2)图乙中用于金属内部探伤的是哪种射线? 「提示](1)u射线的穿透能力很弱,一张纸就能挡住,β射线的穿透能力很强,能穿透 几毫米厚的铝板,γ射线的穿透能力更强,可以穿透几厘米厚的铅板,故到达铝板的为β和
2 (2)几个概念： ①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。 ②基态：原子能量最低的状态。 ③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他较高的状态。 ④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。 (3)氢原子的能级和轨道半径： ①氢原子的半径公式：rn＝n 2 r1(n＝1,2,3…)，其中 r1 为基态半径，r1＝0.53×10－10 m。 ②氢原子的能级公式：En＝ 1 n 2E1(n＝1,2,3…)，其中 E1 为基态能量，E1＝－13.6 eV。 [试一试] 1．卢瑟福利用 α 粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是 ( ) 图 13－3－2 解析：选 D α 粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以 A、B、 C 错误，D 正确 原子核 [想一想] 如图 13－3－3 甲是 α、β、γ 三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿 透性来检查金属内部的伤痕的示意图。 图 13－3－3 请思考：(1)图甲中到达铝板和到达混凝土的射线各是什么射线？ (2)图乙中用于金属内部探伤的是哪种射线？ [提示] (1)α 射线的穿透能力很弱，一张纸就能挡住，β 射线的穿透能力很强，能穿透 几毫米厚的铝板，γ 射线的穿透能力更强，可以穿透几厘米厚的铅板，故到达铝板的为 β 和
Y射线,到达混凝士的是y射线 (2)只有γ射线才具有足够的穿透力,能进行金属内部的伤痕检查 [记一记] 1.四个概念 (1)放射性:物质放射出射线的性质 (2)放射性元素:具有放射性的元素。 (3)同位素:具有相同质子数和不同中子数的原子核 (4)放射性同位素:具有放射性的同位素。 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 (2)核电荷数():等于核内质子数,也等于核外电子数,还等于元素周期表中的原子序 (3)核质量数(A):等于核内的核子数,即质子数与中子数之和。 3.原子核的衰变 (1)三种射线的比较 种类 a射线 β射线 射线 组成 高速氦核流 高速电无流|北千流(高频 电磁波) 带电荷量 2 0 静止质量为 质量 167×10-27kg) 1840 符号 -He 速度 0.Ic 0.99 与α射线反向偏 在电磁场中 偏转 不偏转 转 最弱,用纸能挡|较强,穿透几毫|最强,穿透几 贯穿本领 米的铝板 厘米的铅板 对空气的电离 很强 较弱 很弱 作用 (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衰变规律:N=N(
3 γ 射线，到达混凝土的是 γ 射线。 (2)只有 γ 射线才具有足够的穿透力，能进行金属内部的伤痕检查。 [记一记] 1．四个概念 (1)放射性：物质放射出射线的性质。 (2)放射性元素：具有放射性的元素。 (3)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核。 (4)放射性同位素：具有放射性的同位素。 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。 (2)核电荷数(Z)：等于核内质子数，也等于核外电子数，还等于元素周期表中的原子序 数。 (3)核质量数(A)：等于核内的核子数，即质子数与中子数之和。 3．原子核的衰变 (1)三种射线的比较： 种类 α 射线 β 射线 γ 射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频 电磁波) 带电荷量 2e －e 0 质量 4mp(mp＝ 1.67×10－27 kg) mp 1 840 静止质量为 零 符号 4 2He 0 －1e γ 速度 0.1c 0.99c c 在电磁场中 偏转 与α射线反向偏 转 不偏转 贯穿本领 最弱，用纸能挡 住 较强，穿透几毫 米的铝板 最强，穿透几 厘米的铅板 对空气的电离 作用 很强 较弱 很弱 (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衰变规律：N＝N0( 1 2 ) t/τ、m＝m0( 1 2 ) t/τ
③影响因素:由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理化学状态无关。 4.核力与核能 (1)核力 ①含义:原子核里的核子间存在互相作用的核力,核力把核子紧紧地束缚在核内,形成 稳定的原子核。 ②特点 a.核力是强相互作用的一种表现。 核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内。 c.每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。 (2)核能: ①结合能:把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量 ②质能方程:一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E 核子在结合成原子核时出现质量亏损△m,其能量也要相应减少,即△E=△mc2 ③质能方程的意义:质量和能量是物质的两种属性,质能方程揭示了质量和能量是不可 分割的,它建立了两个属性在数值上的关系。 3)获得核能的途径: ①重核裂变: 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 特点:a裂变过程中能够放出巨大的能量:b裂变的同时能够放出2~3或更多)个中子; c裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分 裂概率比较小 典型的裂变方程:3U+bn→→Kr+3Ba+3bn ②轻核聚变 定义:某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程。 特点:a聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量,比裂变反应中每个核子 放出的能量大3至4倍。b.聚变反应比裂变反应更剧烈。c对环境污染较小。d.自然界中聚 变反应原料丰富 典型的聚变方程:H+H→He+br [试一试] 2.一块含铀的矿石质量为M,其中铀元素的质量为m,铀发生一系列衰变,最终生成 物为铅,已知铀的半衰期为T,那么下列说法中正确的是( A.经过2个半衰期后,这块矿石中基本不再含有铀
4 ③影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关。 4．核力与核能 (1)核力： ①含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成 稳定的原子核。 ②特点： a．核力是强相互作用的一种表现。 b．核力是短程力，作用范围在 1.5×10－15m 之内。 c．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。 (2)核能： ①结合能：把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量。 ②质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即 E ＝mc2。 核子在结合成原子核时出现质量亏损 Δm，其能量也要相应减少，即 ΔE＝Δmc2。 ③质能方程的意义：质量和能量是物质的两种属性，质能方程揭示了质量和能量是不可 分割的，它建立了两个属性在数值上的关系。 (3)获得核能的途径： ①重核裂变： 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。 特点：a.裂变过程中能够放出巨大的能量；b.裂变的同时能够放出 2～3(或更多)个中子； c.裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分 裂概率比较小。 典型的裂变方程：235 92 U＋1 0n―→89 36Kr＋144 56 Ba＋3 1 0n ②轻核聚变： 定义：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程。 特点：a.聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子 放出的能量大 3 至 4 倍。b.聚变反应比裂变反应更剧烈。c.对环境污染较小。d.自然界中聚 变反应原料丰富。 典型的聚变方程：2 1H＋3 1H―→4 2He＋1 0n [试一试] 2．一块含铀的矿石质量为 M，其中铀元素的质量为 m，铀发生一系列衰变，最终生成 物为铅，已知铀的半衰期为 T，那么下列说法中正确的是( ) A．经过 2 个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀
B.经过2个半衰期后,原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变 C.经过3个半衰期后,其中铀元素的质量还剩 D.经过1个半衰期后该矿石的质量剩下M 解析:选C经过2个半衰期后矿石中剩余的铀应该有,经过3个半衰期后矿石中剩 余的铀还有。因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中,所以矿石质量没有太大的改变 高频考点要通关 抓考点 攻重点 得拔高分 掌握程度 AOPIN KAODIAN YAO TONGGUAN 号点=1 能级跃迁与光谱线 1对氢原子的能级图的理解 (1)氢原子的能级图如图13-3-4)。 图13-3-4 (2)氢原子能级图的意义: ①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态—一定态 ②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数,右端的数字“-13.6,-34…”表示氢原子 的能级。 ③相邻横线间的距离不相等,表示相邻的能级差不等,量子数越大,相邻的能级差越小。 ④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁条件为:hv=Em-En 2.关于能级跃迁的三点说明 (1)当光子能量大于或等于136eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离; 当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV,氢原子电离后,电子具有一定的初动能
5 B．经过 2 个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m 4 发生了衰变 C．经过 3 个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m 8 D．经过 1 个半衰期后该矿石的质量剩下M 2 解析：选 C 经过 2 个半衰期后矿石中剩余的铀应该有m 4 ，经过 3 个半衰期后矿石中剩 余的铀还有m 8 。因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变。 能级跃迁与光谱线 1.对氢原子的能级图的理解 (1)氢原子的能级图(如图 13－3－4)。 图 13－3－4 (2)氢原子能级图的意义： ①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。 ②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子 的能级。 ③相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小。 ④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En。 2．关于能级跃迁的三点说明 (1)当光子能量大于或等于 13.6 eV 时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离； 当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于 13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能