第3课时 原子与原子核 氢原子光谱
考纲解读 1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.4.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题．
1． [原子核式结构模型的理解]下列说法正确的是
( )
A．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 B．卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转
C．α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 D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因 答案 BCD
2． [光谱与光谱分析]对于原子光谱，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 答案 ACD
解析 原子光谱为线状谱，选项A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的组成，选项D正确．
3． [玻尔原子结构模型的理解]根据玻尔理论，下列说法正确的是
A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波
B．处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量 C．原子内电子的可能轨道是不连续的
D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差 答案 BCD
解析 根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故A错误，B正确．玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨
( )
( )
道半径是量子化的，不连续的，C正确．原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个能级之差，故D正确． 4．[原子核衰变的理解]下列说法正确的是( ) A．原子核在衰变时能够放出α射线或β射线
208
B. 23290Th经过一系列α和β衰变，成为 82Pb，铅核比钍核少12个中子
C．原子核的半衰期与物质的质量有关，质量大，半衰期长 D．对物质加热或加压可以缩短原子核的半衰期 答案 A 考点梳理
一、原子的核式结构 1. α粒子散射实验的结果
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图1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． 3． 原子核的尺度：原子核直径的数量级为10二、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hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10
－34
－15
图1
m，原子直径的数量级约为10－10
m. 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． 4． 氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级图(如图2所示)
图2
(2)氢原子的能级和轨道半径
1
①氢原子的能级公式：En＝2E1(n＝1,2,3，?)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝
n－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.
三、天然放射现象、原子核的组成 1． 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，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构． (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． 2． 原子核
(1)原子核的组成
①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．
②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数． ③X元素原子核的符号为AZX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数． (2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质． 3． 三种射线的比较
种类 组成 带电荷量 α射线 高速氦核流 2e 4mp 质量 (mp＝1.67× 10符号 速度 在电磁 场中 －27β射线 高速电子流 －e mp 1 840 0－1γ射线 光子流(高频 电磁波) 0 静止质量为零 kg) e γ c 不偏转 42He 0.1c 偏转 0.99c 与α射线 反向偏转 贯穿本领 对空气的 电离作用 四、原子核的衰变和半衰期 1． 原子核的衰变
最弱，用 纸能挡住 很强 较强，穿透几 毫米的铝板 较弱 最强，穿透几 厘米的铅板 很弱 (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
A44
α衰变：AZX→Z－2Y＋2He
－
A0β衰变：AZX→Z＋1Y＋－1e
2． 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．
2224
5． [核能的计算方法]已知226 88Ra， 86Rn，2He的原子质量分别是226.025 4 u，222.017 5 u，
2262224
4.002 6 u．求出226 88Ra在α衰变 88Ra→ 86Rn＋2He中放出的能量(以电子伏特为单位)．
答案 4.937 0×106 eV
解析 衰变后的质量亏损为Δm＝(226.025 4－222.017 5－4.002 6) u＝0.005 3 u．因为1 u相当于931.5 MeV，因此释放的能量为
ΔE＝0.005 3×931.5 MeV≈4.937 0 MeV＝4.937 0×106 eV.
1141921
6． [核能的计算方法]铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n.
141921
试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．( 23592U， 56Ba，36Kr，0n的质量分别为235.043
9 u，140.913 9 u,91.897 3 u,1.008 7 u．) 答案 200.6 MeV
解析 裂变反应的质量亏损为
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u. 一个铀235原子核裂变后释放的能量为 ΔE＝Δmc2＝0.215 3×931.5 MeV＝200.6 MeV. 方法提炼
1． 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． 2． 质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.
考点一 氢原子能级及能级跃迁
对原子跃迁条件的理解
(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．
(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．
v2ke21ke2
特别提醒 原子的总能量En＝Ekn＋Epn，由2＝m得Ekn＝，因此，Ekn随r的增
rnrn2rn大而减小，又En随n的增大而增大，故Epn随n的增大而增大，电势能的变化也可以从电场力做功的角度进行判断，当r减小时，电场力做正功，电势能减小，反之，电势能增大．
例1 如图3所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4
的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是
( )
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象
图3
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
解析 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C24＝
4×3
＝6种光子，选项A错误；由n2
＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确． 答案 D
2014《步步高》物理大一轮复习讲义 第13章 第3课时 原子与原子核 氢原子光谱
