第2讲 原子结构和原子核
[基础知识·填一填]
[知识点1] 原子结构 光谱和能级跃迁 1．电子的发现
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了 电子 ，提出了原子的“枣糕模型”． 2．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，提出了原子的核式结构模型．
(2)α粒子散射实验 ①实验装置：如下图所示；
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．
3．氢原子光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的 波长 (频率)和强度分布的记录，即光谱．
(2)光谱分类
(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
1
λ＝
??R?2－2?(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)． ?2n?
(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．
4．玻尔理论和能级跃迁
1
11
(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：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝ Em-En .(h是普朗克常量，h＝6.63×10
－34
J·s)
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)氢原子的能级图(如图所示)
(3)氢原子的能级和半径公式
1
①能级公式：En＝2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ -13.6
neV.
②半径公式：rn＝ nr1 (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
2
m.
判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”． (1)氢原子光谱是由不连续的亮线组成的．(√)
(2)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×) (3)按照玻尔理论，核外电子均匀地分布在各个不连续的轨道上．(×)
(4)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝En.(×) [知识点2] 原子核 核反应和核能 1．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)基本关系
①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝ 核外电子数 . ②质量数(A)＝ 核子数 ＝质子数＋中子数．
(3)X元素的原子核的符号为ZX，其中A表示 质量数 ，Z表示核电荷数． 2．天然放射现象
2
A(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)放射性同位素的应用与防护
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，放射性同位素的化学性质相同．
②应用：消除静电、工业探伤、做 示踪原子 等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害． 3．原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变
①原子核放出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：ZX→Z－2Y＋ 2He . β衰变：ZX→Z＋1Y＋
A A0－1
AA－44
e
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．
③两个典型的衰变方程 α衰变： 92U→ 90Th＋2He β衰变： 90Th→ 91Pa＋－1e. (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：放射性元素衰变的快慢是由核 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．
234
234
0
238
234
4
?1?t?1?t(3)公式：N余＝N原??，m余＝m原?? ?2?τ?2?τ4．核力和核能
(1)原子核内部， 核子间 所特有的相互作用力．
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝ Δmc .
(3)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＝ Δmc .
5．核反应、核裂变、核聚变
(1)核反应规律：在核反应中， 质量数 守恒， 电荷数 守恒． (2)重核裂变
①定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应．
3
2
2
②铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为： 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n.
③链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应．
④链式反应的条件：a.要有足够浓度的 92U；b.铀块体积需 大于 临界体积，或铀块质量 大于 临界质量．
(3)轻核聚变
①定义：两个轻核结合成 较重 的核，这样的核反应叫 聚变 . ②聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温．
判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．
(1)氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了．(×) (2)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，同时遵循电荷数守恒．(√) (3)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(×) (4)三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．(√) (5)原子核越大，它的结合能越大，原子核中核子结合得越牢固．(×)
[教材挖掘·做一做]
1．(人教版选修3－5 P65思考与讨论改编)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )
235
235
1
144
89
1
A．①表示γ射线，③表示α射线 B．②表示β射线，③表示α射线 C．④表示α射线，⑤表示γ射线 D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
解析：C [由于在放射现象中，α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，所以，可判断C正确，A、B、D错误．]
2．(人教版选修3－5 P63第3题改编)(多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于
n＝3能级，下列说法中正确的是( )
4
A．这群氢原子跃迁时能够发生3种不同频率的波 B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV C．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长 D．这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
答案：AC [根据C3＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由
2
n＝3跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51) eV＝12.09 eV，故B错误；
从n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误．]
3．(人教版选修3－5 P85图19.6－6改编)如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
解析：B [快中子容易与轴235擦肩而过，快中子跟减速剂(慢化剂)的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D都错误．]
考点一 原子的核式结构 玻尔理论
[考点解读]
5
2020高考物理一轮总复习第十二章第2讲原子结构和原子核讲义(含解析)新人教版
