【创新设计】2022届高考物理一轮 （考纲自主研读 命题探究 高考全程解密） 第3讲原子结构 原子核（含解析） 新人教版选修3-5.docx

1、第3讲原子结构原子核原子的核式结构模型(考纲要求)【思维驱动】判断下列说法的正误：(1)汤姆孙首先发现了电子并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型()(2)卢瑟福做粒子散射实验时发现粒子绝大多数穿过，只有少数发生大角度偏转()(3)粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上()(4)卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了粒子发生大角度偏转的原因()答案(1)(2)(3)(4)【知识存盘】1电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子2原子的核式结构图131(1)粒子散射实验的结果绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少

2、数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被撞了回来，如图131所示(2)卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转氢原子光谱(考纲要求)【思维驱动】(多选)对原子光谱，下列说法正确的是()A原子光谱是不连续的B由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素解析原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错、C对；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确答案

3、ACD【知识存盘】1光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱2光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱3氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式R (n3，4，5，)，R是里德伯常量，R1.10107 m1，n为量子数原子的能级(考纲要求)【思维驱动】(单选)已知金属钾的逸出功为2.22 eV，图132氢原子的能级如图132所示，一群处在n3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有()A一种 B两种 C三种 D四种解析要从金属钾的表面打出光电

4、子，入射光的能量应大于钾的逸出功，一群处在n3能级的氢原子向低能级跃迁时，只有3能级向1能级、2能级向1能级跃迁时发出的光子能量大于钾的逸出功，因此选B.答案B【知识存盘】1玻尔理论(1)定态：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：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hEmEn(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道：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2氢原子的能级、能

5、级公式(1)氢原子的能级能级图如图133所示图133(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：EnE1 (n1，2，3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV.氢原子的半径公式：rnn2r1 (n1，2，3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m.原子物理知识结构原子核的组成原子核的衰变半衰期放射性同位素(考纲要求)【思维驱动】(单选)表示放射性元素碘131(I)衰变的方程是()A.ISbHe B.IXeeC.IIn D.ITeH解析衰变释放出电子e，根据质量数守恒和电荷数守恒可进一步确定选项B正确答案B【知识存盘】1原子核的组成：原子核是由质子

6、和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数2天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可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)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性具有放射性的元素叫放射性元素(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是射线、射线、射线(4)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：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应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等防护：防止放射性对人体组织的伤害3原子核的衰变(1)衰变：原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变(2)分

7、类衰变：XYHe衰变：XYe(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1天然放射及特点衰变：XYHe衰变：XYe原子核衰变过程，电荷数、质量数守恒.名称带电性电离能力穿透能力构成速度实质正强弱He0.1c氦核流负弱强e0.99c电子流中最弱极强光子c光子流2.人造放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期很短，废料容易处理核力与结合能、质量亏损(考纲要求)【思维驱动】 (单选)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少太阳每秒钟辐射出的能量约为41026J，根据爱因斯坦质能

8、方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()A1036 kg B1018 kg C1013 kg D109 kg解析根据爱因斯坦质能方程Emc2，得m kg109 kg.答案D【知识存盘】1核力核子间的作用力核力是短程强引力，作用范围在1.51015 m之内，只在相邻的核子间发生作用2核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能3质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能Emc2核反应方程重核裂变、核聚变 (考纲要求)【思维驱动】(多选)下列说法正确的是()A.NHC

9、He是衰变方程B.HHHe是核聚变反应方程C.UThHe是核裂变反应方程D.HeA1Pn是原子核的人工转变方程解析核反应类型分四种，方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现或粒子聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确答案BD【知识存盘】1重核裂变和核聚变(1)重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程如：UnBaKr3n.由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于

10、等于临界体积裂变的应用：原子弹、核反应堆(2)核聚变：聚变是两个轻核结合成质量较大的核的反应过程如：HHHen17.6 MeV使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫热核反应2核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发UThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子)AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSie重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n轻核聚变很难控制HHHen射线的应用和防护(考纲要求)【思维驱动】(单选)(2022上海卷，7)在存放放射性元素时，若把放射性元素置

11、于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物则()A措施可减缓放射性元素衰变B措施可减缓放射性元素衰变C措施可减缓放射性元素衰变D上述措施均无法减缓放射性元素衰变解析放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定，与外界因素无关，所以A、B、C错误，D正确答案D【知识存盘】污染与防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的射线和中子流，长期存在放射性污染核泄漏核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线

12、泄漏距离防护距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用铅的屏蔽作用最好考点一能级跃迁问题【典例1】 (单选)(2022江苏，12C)图134如图134所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()解析根据玻尔的原子跃迁公式hEmEn可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短，从图中可看出，能量差值最大的是E3E1，辐射光的波长a最短，能量差值最小的是E3E2，辐射光的波长b最长，所以谱线从左向右的波长依次增大的是a、c

13、、b，C正确答案C【变式跟踪1】 (单选)图136所示为氢原子图136的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A原子A可能辐射出3种频率的光子B原子B可能辐射出3种频率的光子C原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B对由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错A原子发出的光子能量EE2E1大于E4E3

14、，故原子B不可能跃迁到能级E4，D错答案B,借题发挥能级跃迁的规律如图135所示图1351定态间的跃迁满足能级差n小n大吸收能量hEn大En小n大n小放出能量hEn大En小2电离态与电离能电离态：n，E0基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV电离能n2电离态：E吸0E23.4 eV3如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能4如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光谱线条数的求解方法方法1：采用画图法，原子在两个不同能级间跃迁能产生一条频率不同的光谱线方法2：用数学组合公式求解：N考点二原子核衰变及半衰期【典例2】 (单选)(2022大纲全国卷，15)U经过m次衰

15、变和n次衰变，变成Pb，则()m7，n3 Bm7，n4Cm14，n9 Dm14，n18解析衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程：UPbmHene根据质量数守恒和电荷数守恒列出方程2352074m92822mn解得m7，n4，故选项B正确，选项A、C、D错误答案B【变式跟踪2】 (多选)钍核(Th)具有放射性，它能放出一个电子衰变成镤核(Pa)，伴随该过程会放出光子，下列说法中正确的是()A因为衰变过程中原子核的质量数守恒，所以不会出现质量亏损B光子是衰变过程中镤核(Pa)辐射的C给钍加热，钍的半衰期将变短D原子核的天然放射现象说明原子核是可分的解析衰变过程中原子核的质量数守恒，但是

16、会出现质量亏损，则选项A错误；给钍加热，钍的半衰期不变，故选项C错误答案BD,借题发挥衰变规律及实质衰变类型衰变衰变衰变方程ZYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体放出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒考点三核反应方程及核反应类型的判断【典例3】 (多选)(2022广东卷，18)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.HHHen是核聚变反应B.HHHen是衰变C.92Un56BaKr3n是核裂变反应D.92Un54XeSr2n是衰变解析衰变时释放出电子(01e)，衰变时释放出氦原

17、子核(He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U 235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应，A、C正确答案AC【变式跟踪3】 (1)(单选)现有三个核反应方程：NaMgeUnBaKr3nHHHen下列说法正确的是()A是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是衰变，是裂变，是聚变 D是裂变，是聚变，是裂变(2)现有四个核反应：A.HHHen B.UnXKr3nC.NaMge D.HeBeCn_是发现中子的核反应方程，_是研究原子弹的基本核反应方程，_是研究氢弹的基

18、本核反应方程求B中X的质量数和中子数解析(1)NaMge中Na核释放出粒子，为衰变.UnBaKr3n为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变而HHHen为聚变，故C正确(2)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核箭头的右边也是常见元素的原子核D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为1445688.答案(1)C(2)DBA14488,借题发挥核反应方程的书写1核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方

19、向，不能用等号连接2核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程3核反应遵循质量数守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能4核反应遵循电荷数守恒考点四质量亏损及核能的计算【典例4】 (2022浙江自选，14)一个静止的钚核Pu自发衰变成一个铀核U和另一个原子核X，并释放出一定的能量其核衰变方程为：PuUX.(1)方程中的“X”核符号为_；(2)钚核的质量为239.052 2 u，铀核的质量为235.043 9 u，X核的质量为4.002 6 u，已知1 u相当于931 MeV，则该衰变过程放出的能量是_MeV；(3)假设

20、钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和X核的动能，则X核与铀核的动能之比是_解析(1)根据质量数、电荷数守恒，得X核的质量数为2392354，核电核数为94922，故“X”核为氦核，符号为He.(2)钚核衰变过程中的质量亏损m239.052 2 u235.043 9 u4.002 6 u0.005 7 u，根据爱因斯坦质能方程，得出衰变过程中放出的能量E0.005 7931 MeV5.31 MeV.(3)钚核衰变成铀核和X核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据Ekmv2，得X核和铀核的动能之比58.7.答案(1)He(2)5.31(3)58.7【变式跟踪4】 (单选)已知氦原子的质量为MHe

21、 u，电子的质量为me u，质子的质量为mp u，中子的质量为mn u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程Emc2可知：1 u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c3108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为()A2(mpmn)MHe931.5 MeVB2(mpmnme)MHe931.5 MeVC2(mpmnme)MHec2 JD2(mpmn)MHec2 J解析核反应方程为2H2nHe，质量亏损m2(mpmn)(MHe2me)2(mpmnme)MHe，所以释放的能量为Em931.5 MeV2(mpmnme)MHe931.5 MeV，选项B正确答案B,借题发挥解有关

22、核能问题的方法1根据质量亏损计算：Emc2及1 u相当于931.5 MeV.2根据能量守恒和动量守恒计算3在计算具有宏观质量的物质中所有原子核发生核反应所释放能量时用阿伏加德罗常数来计算核能一、能级跃迁问题1(单选)(2022四川卷，17)图137如图137所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()A从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长B从n5能级跃迁到n1能级比从n5能级跃迁到n4能级辐射出电磁波的速度大C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解析因为E4E30.66 eVE3E21.89 eV，

23、根据c和hEnEm得从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项B错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现的频率越大，选项C错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量，选项D错误答案A2(2022山东卷，38)氢原子第n能级的能量为En，其中E1为基态能量当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为2，则_解析根据氢原子的能级公式，h1E4E

24、2E1，h2E2E1E1，所以.答案二、对原子结构的考查3(单选)(2022福建质检)图138如图138所示是卢瑟福的粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点下列说法正确的是()A该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D绝大多数的粒子发生大角度偏转解析卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对粒子的影响不大选项C错误；绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D

25、错误答案A三、核反应及其类型4(单选)(2022重庆卷，19)以下是物理学史上3个著名的核反应方程xLi2yyNxOyBezCx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A粒子 B质子 C中子 D电子解析第二、三个核反应分别是发现质子和中子的核反应方程，根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可得，x、y、z分别是H、He、n，C正确答案C5(单选)(2022吉林一模)图139据央视报道，中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功，这种装置被称为“人造太阳”(如图139所示)，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续

26、地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是()A.NHeOHB.HHHenC.UThHeD.UnBaKr3n解析A项是发现质子的核反应方程，C项是铀238的衰变方程，D项是铀235的裂变方程，B项正确答案B四、质量亏损和核能6(多选)如图1310所示，是国家国防科技工业局首次发布的“嫦娥二号”月面虹湾局部影像图，科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe2HHe.关于He聚变下列表述正确的是()图1310A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反

27、应会有质量亏损D目前核电站都采用He聚变反应发电解析聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量但目前核电站都采用铀核的裂变反应综上所述，选项B、C正确答案BC7当前，发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注，相比煤炭等传统能源，核电能够大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等物质的排放，已成为世界快速发展的电力工业经广大科技工作者的不懈努力，我国的核电技术已进入世界的先进行列，世界各地现在正在兴建的核电反应堆达到57座，我国以20座名列第一核电站的最核心部分是核反应堆，核反应堆中的燃料U产生裂变，在短时间内释放出大量的核能可供人类利用核反应堆中的

28、镉棒起_作用，核反应方程应为U_KrBa3n.若其质量分别为mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg，mBa234.001 61027 kg，mKr152.604 71027 kg，核反应中释放的能量为E_ J.解析控制中子数可以控制反应速度；mmUmnmBamKr3mn0.357 81027 kg，Emc23.221011 J.答案吸收中子控制核反应速度n3.2210118室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素静止的氡核Rn放出某种粒子X后变成钋核Po，粒子X的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能试回答以下问题：(1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X)；(2)求钋核的动能Ek2.解析(1)题述衰变的核反应方程为RnPoHe.(2)设粒子X的质量为m1、速度为v1，钋核的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律有0m1v1m2v2，所以钋核的动能Ek2.答案(1)RnPoHe(2)