第2讲 原子和原子核
一、原子物理 1.原子的核式结构
(1)1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型. (2)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，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示.
图1
(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动. 2.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
11(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(2－λ21－17
2)(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×10 m). n
(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. 3.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. 4.氢原子的能量和能级变迁 (1)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 eV.
n②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10
－10
m.
(2)氢原子的能级图，如图2所示
图2
自测1 (多选)如图3所示为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是( )
图3
A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B.放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 C.放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D.放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 答案 ABD
解析 根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，A、B、D正确.
自测2 一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子( ) A.放出光子，能量增加
B.放出光子，能量减少 C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少 答案 B
二、天然放射现象和原子核 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. 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.质子带正电，中子不带电. (2)基本关系
①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数. 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AZX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数. 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
A44α衰变：AZX→Z－2Y＋2He －
β衰变：A A 0ZX→ Z＋1Y＋－1e 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
2344α衰变： 23892U→ 90Th＋2He 234β衰变：234 0 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.
11
(3)公式：N余＝N原·()?，m余＝m原·()?.
224.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＝Δmc2. (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＝Δmc2. 自测3 (2024·全国卷Ⅲ·14)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核27产生了第一13Al，个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为( ) A.15和28 C.16和30 答案 B
27130
解析 将核反应方程式改写成42He＋13Al→0n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为15X.
ttB.15和30 D.17和31
命题点一 玻尔理论和能级跃迁
1.定态间的跃迁——满足能级差
(1)从低能级(n)――→高能级(m)→吸收能量. hν＝Em－En
(2)从高能级(m)――→低能级(n)→放出能量. hν＝Em－En. 2.电离
电离态与电离能 电离态：n＝∞，E＝0
基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV. 激发态→电离态：E吸>0－En＝|En|.
若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.
例1 (多选)(2024·湖南省永州市三模)如图4所示是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图.大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，设普朗克常量为h，下列说法正确的是( )
跃迁跃迁
图4
A.能产生3种不同频率的光子 B.产生的光子的最大频率为
E3－E1
h
C.当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，氢原子的能量变大
D.若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2 答案 ABD
2
解析 根据C2n可得从n＝3能级向低能级跃迁能产生C3＝3种不同频率的光子，A正确；产
生的光子有最大能量的是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时产生的，根据公式hν＝E3－E1，解E3－E1得ν＝，B正确；从高能级向低能级跃迁，释放光子，氢原子能量变小，C错误；若氢
h原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ekm＝hν－W0＝(E3－E1)－(E2－E1)＝E3－E2，故D正确.
变式1 (多选)(2024·山东省烟台市上学期期末)如图5，一群处于n＝5能级的氢原子在向n＝1的能级跃迁的过程中( )
图5
A.放出4种频率不同的光子 B.放出10种频率不同的光子
C.放出的光子的最大能量为13.06 eV，最小能量为0.66 eV D.放出的光子有的能使逸出功为13 eV的金属发生光电效应现象
第十二章 第2讲
