專題55原子結(jié)構(gòu)與原子核一、α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置:α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:①絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn);②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角度大于90°,甚至有極個(gè)別α粒子幾乎被“撞了回來”;(3)實(shí)驗(yàn)意義:盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn),否定了湯姆孫的原子模型,建立了核式結(jié)構(gòu)模型。二、核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出,在原子中心有一個(gè)很小的核,叫原子核。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。三、原子核的電荷與尺度四、能級(jí)圖中相關(guān)因素的說明因素意義能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3,…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“-13.6,-3.4,…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差,量子數(shù)越大相鄰的能量差越小,距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷,原子躍遷的條件為hν=Em-En五、兩類能級(jí)躍遷①自發(fā)躍遷:由高能級(jí)躍遷到低能級(jí),釋放能量,發(fā)出光子。光子的頻率ν=ΔE?=②受激躍遷:由低能級(jí)躍遷到高能級(jí),吸收能量。a.光照(吸收光子):光子的能量必須恰等于能級(jí)差hν=ΔE。b.碰撞、加熱等:只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可,E外≥ΔE。c.大于電離能的光子被吸收,將原子電離。六、電離電離態(tài):n=∞,E=0;基態(tài)→電離態(tài):E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV(電離能)。n=2→電離態(tài):E吸=0-E2=3.4eV;如吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能。七、解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問題的注意事項(xiàng)①一個(gè)處于第n能級(jí)的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n-1。②一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法:a.用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N=Cn2=b.利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加。八、三種射線的比較種類α射線β射線γ射線來源原子核內(nèi)組成氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e-e0質(zhì)量4mp,mp=1.67×10-27kgm靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與α射線的偏轉(zhuǎn)方向相反不偏轉(zhuǎn)穿透本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強(qiáng),能穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng),能穿透幾厘米的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱九、α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠?/p>

ZAX→Z?2

ZAX→Z+1衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子211H+20

01n→1衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒十、確定衰變次數(shù)的方法因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響,所以先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。十一、對(duì)半衰期的理解(1)半衰期公式N余=N012tT,m余=m(2)半衰期的影響因素放射性元素衰變的快慢由原子核內(nèi)部自身因素決定,與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。(3)半衰期的適用條件半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié),對(duì)于一個(gè)特定的原子核,無法確定何時(shí)發(fā)生衰變。十二、核反應(yīng)方程的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)92238U→90β衰變自發(fā)90234Th→91人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?14N+24He24He+49Be1327Al+24He→約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子1530P→14重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制92235U+01n→5692235U+01n→54輕核聚變很難控制12H+13H十三、核反應(yīng)方程的書寫(1)熟記常見粒子的符號(hào),如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)核反應(yīng)過程一般都不是可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向,不能用等號(hào)連接。(3)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能只依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒憑空杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程?！镜淅?】[α粒子散射實(shí)驗(yàn)]1909年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生蓋革、馬斯頓一起進(jìn)行了著名的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)中大量的粒子穿過金箔前后的運(yùn)動(dòng)圖景如圖所示，盧瑟福通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子結(jié)構(gòu)模型。下列關(guān)于“α粒子穿過金箔后”的描述中，正確的是(????)A.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，都發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)

B.少數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原來方向前進(jìn)

C.通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，確定了原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10?15m

D.通過【典例2】[氫原子能級(jí)及原子躍遷]如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，關(guān)于氫原子躍遷，下列說法中正確的是(

)A.無論有多少個(gè)處于n=5激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)，都能輻射出10種光子

B.處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子吸收具有1.87eV能量的光子后被電離

C.用13eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時(shí)，電子可以躍遷到n=4能級(jí)

D.電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)電勢(shì)能的變化量與其動(dòng)能的變化量是相同的【典例3】[原子核的衰變](多選)核電站是人類利用核能的主要方式，核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)獲得的能量進(jìn)行發(fā)電，其中??92235U是核電站常用的核燃料，常見的核反應(yīng)方程是??92A.X是β粒子

B.兩個(gè)核反應(yīng)一定都有質(zhì)量虧損

C.??56144Ba的結(jié)合能小于?【典例4】[半衰期]醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素?113In產(chǎn)生γ射線，而?113In是由半衰期相對(duì)較長(zhǎng)的?113Sn衰變產(chǎn)生的。對(duì)于質(zhì)量為的?113Sn，經(jīng)過時(shí)間t后剩余的?113SnA.67.3dB.101.0dC.115.1dD.124.9d【典例5】[核力與核能]一個(gè)靜止的鈾核92232U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個(gè)α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核90228Th(原子質(zhì)量為228.0287u)。(已知：原子質(zhì)量單位lu=(1)寫出核衰變反應(yīng)方程；(2)算出該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能；(3)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動(dòng)能，則釷核獲得的動(dòng)能有多少【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)01】如圖所示，處在真空中的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置。在一個(gè)小鉛盒里放有少量的放射性元素釙它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn)。下列說法中正確的是（）A.靜止的釙核α衰變時(shí)，新核的動(dòng)量大小大于α粒子的動(dòng)量大小

B.該實(shí)驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)

C.α粒子與金原子中的電子碰撞會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)02】已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量為En=E1n2，其中n=2，3，4…已知普朗克常量為A.氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大，動(dòng)能和電勢(shì)能之和不變．

B.基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后，電子速度大小為2(?ν+E1)m

C.一個(gè)處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射出6種不同頻率的光【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)03】下列關(guān)于光電效應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)和原子核的敘述正確的是(????)A.α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子核是可分的

B.根據(jù)玻爾理論可知?dú)湓訌母吣芗?jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可以輻射各種不同頻率的光子

C.如果某金屬的逸出功為1.72eV，若用波長(zhǎng)為500nm的紫光照射該金屬，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)

D.鈾核衰變?yōu)殂U核的過程中，要經(jīng)過6次α衰變和6次β衰變【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)04】下列說法正確的是(????)A.盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程?49Be+24He→612C+01n

B.放射性元素發(fā)生衰變時(shí)放出的【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)05】隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí)，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是(

)A.盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

B.天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子

C.輕核聚變反應(yīng)方程有：

D.原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)06】關(guān)于近代物理的知識(shí)，下列說法正確的是(????)A.查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為??714N+?24He―→??817O+?11H

B.β衰變就是原子核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為一個(gè)中子和電子，電子被釋放出來【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)07】（多選）如圖為氫原子的能級(jí)示意圖，鋅的逸出功是3.34eV，那么對(duì)氫原子在能級(jí)躍遷過程中發(fā)射或吸收光子的特征認(rèn)識(shí)正確的是(

A.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能放出3種不同頻率的光

B.用能量為10.3eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)

C.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，發(fā)出的光照射鋅板，鋅板表面所發(fā)出的

光電子的最大初動(dòng)能為【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)08】（多選）日本地震造成的核泄漏，對(duì)周邊環(huán)境的污染是由放射性元素造成的，下列有關(guān)放射性元素的說法中正確的是(

)A.β射線與γ射線一樣都是電磁波，但穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱

B.氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過7.6天后就一定只剩下1個(gè)氡原子

C.92238U衰變成82206Pb要經(jīng)過6次β衰變和8【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)09】在某些恒星內(nèi)部，3個(gè)氦核(24He)結(jié)合成1個(gè)碳核(612C)。已知1個(gè)氦核的質(zhì)量為m1、1個(gè)碳核的質(zhì)量為m2，1個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為(1)寫