高考物理知识点之原子结构与原子核

物理学中的原子结构和核物理概念一、原子结构1.原子的组成：原子由原子核和核外电子组成。

原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。

2.电子：电子是原子核外带负电的粒子，绕着原子核做圆周运动。

3.原子序数：原子序数表示原子核中质子的个数，也就是元素在周期表中的序号。

4.相对原子质量：相对原子质量是原子核中质子数和中子数的总和，是一个比值，没有单位。

二、核物理概念1.核反应：核反应是指原子核发生变化的过程，包括核裂变和核聚变。

2.核裂变：核裂变是指重核分裂成两个或多个质量较小的核，同时释放出大量能量的过程。

3.核聚变：核聚变是指两个轻核结合成一个质量较大的核，同时释放出大量能量的过程。

4.核辐射：核辐射是指原子核在发生衰变过程中产生的粒子辐射和电磁辐射。

5.放射性：放射性是指某些元素的原子核不稳定，会发生衰变，从而产生核辐射的性质。

6.半衰期：半衰期是指放射性物质衰变到其原有数量一半所需的时间，是放射性衰变的定量描述。

三、原子核的组成1.质子：质子是原子核中带正电的粒子，质量约为1.67×10^-27千克。

2.中子：中子是原子核中不带电的粒子，质量约为1.67×10^-27千克。

3.核力：核力是一种作用在原子核内部的强相互作用力，它负责将质子和中子束缚在原子核内。

4.核力的特点：核力是一种短程力，作用范围在1.5×10^-15米以内，具有饱和性，每个核力只作用于两个核子。

五、核能的应用1.核电站：核电站利用核裂变反应产生的热能来发电。

2.核武器：核武器是利用核裂变或核聚变反应释放的大量能量来造成破坏的武器。

六、核物理的发展1.原子核物理学：研究原子核的结构、性质和相互作用规律的学科。

2.粒子物理学：研究物质的最基本组成粒子及其相互作用的学科，包括强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。

习题及方法：已知氢原子的原子序数为1，相对原子质量为1，求氢原子的核外电子数。

氢原子的原子序数等于其核外电子数，所以氢原子的核外电子数为1。

＝R(第 33 讲 原子结构与原子核考纲要求1.氢原子光谱Ⅰ考情分析2017·全国卷Ⅰ， 命题趋势2．氢原子的能级结构、能级公 17高考对本部分知识的考式Ⅰ3．原子核的组成、放射性、原 15子核衰变、半衰期Ⅰ2017·全国卷Ⅱ， 查主要以选择题的形式出现．高考试题往往综合考查氢2016·全国卷Ⅱ， 原子能级的跃迁、放射性元素4．放射性同位素Ⅰ5．核力、核反应方程Ⅰ6．结合能、质量亏损Ⅰ7．裂变反应和聚变反应、裂变35(1) 的衰变、半衰期、核反应，以2016·全国卷Ⅲ， 及质能方程、核反应方程的有35(1) 关计算．学习中要注意对质量2016·天津卷，6 数守恒、电荷数守恒、动量守反应堆Ⅰ8．射线的危害与防护Ⅰ2016·江苏卷，12C(1)恒、能量守恒的理解和应用1．原子核式结构(1)电子的发现：英国物理学家__汤姆孙__发现了电子．(2)α 粒子散射实验：1909～1911 年，英国物理学家__卢瑟福__和他的助手进行了用 α 粒子轰击金箔的实验，实验发现__绝大多数__α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有__少数__α 粒子发生了大角度偏转，__极少数__α 粒子偏转的角度甚至大于 90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．如图所示．(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的 __正电荷__和几乎全部__质量__都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．氢原子光谱(1)光谱分析利用元素的特征谱线(线状谱)分析和确定物质的组成成分．(2)氢原子光谱的实验规律1 1 1巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式λ 22－n 2) .(n ＝3,4,5，…，R 是里德伯常量，减 → R ＝1.10×107m －1)(3)玻尔模型①玻尔的三条假设a ．能量量子化：原子只能处于一系列__不连续__状态中，在这些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，这些状态叫做__定态__．1对氢原子满足：E n ＝n 2E 1，其中 E 1＝－13.6eV ．b ．轨道量子化：原子的__能量状态__跟电子不同的运行__轨道__相对应．原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的可能轨道的分布也是不连续的．对氢原子满足：r n ＝n 2r 1，其中 r 1＝0.53×10－10m ．c ．能级跃迁：原子从一种定态(设能量为 E 2)跃迁到另一种定态(设能量为 E 1)时，它__辐射或吸收__一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 h ν ＝E 2－E 1．②氢原子能级图：如图所示．3．原子核(1)天然放射现象的发现1896 年，__贝可勒尔__在铀矿石中发现未知的射线，把这些射线称为 α 射线、β 射线、γ 射线，这就是天然放射现象的发现．天然放射现象的发现，说明原子核__具有复杂结构__．(2)三种射线的比较种类组成带电荷量质量在电磁场中穿透本领电离作用α 射线高速氦核流2e4m p偏转β 射线高速电子流－em p 1840与 α 射线反向偏转增强 ――弱γ 射线光子流静止质量为零不偏转(3)原子核的衰变Z Z2202Z Z101τ920380541120①衰变原子核由于自发地放出某种粒子而转化为新核的变化．②衰变规律a．α衰变：A X→A－4Y＋4He，实质：21H＋21n→4He．b．β衰变：A X→A＋1Y＋－0e，实质：1n→1H＋－0e．③半衰期a．定义：放射性元素衰变有一定的速率，我们把放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期，用τ表示．1tb．公式：m＝m(2)．c．特点：半衰期τ由该元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质、化合物等)无关．另外，半衰期仅是对大量原子核的统计规律．比如研究200个铀的原子核经过一个半衰期后还剩多少个铀的原子核是没有意义的．4．核能(1)核力核子间的作用力．核力是短程强力，作用范围在1.5×10－15m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E＝__mc2__，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小，这就是质量亏损Δm.由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝__Δmc2__．(4)重核的裂变与轻核的聚变①裂变重核分裂成质量较小的核的反应．如：235U＋1n→136Xe＋90Sr＋101n.②聚变轻核结合成质量较大的核的反应．如：2H＋3H→4He＋1n．1．判断正误(1)卢瑟福做α粒子散射实验时发现α粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转．(√)(2)氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的．(√)(3)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.(×)(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(×)(5)目前核电站多数是采用核聚变反应发电．(×)ΔE E高－E低光子的频率ν＝＝．(6)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒．(√)(7)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．(×)(8)如某放射性元素的半衰期是5天，那么100个该元素的原子核经过10天还剩下25个．(×)一能级图与氢原子的跃迁1．能级图中相关量意义的说明相关量能级图中的横线横线左端的数字“1,2,3…”横线右端的数字“－13.6，－3.4…”相邻横线间的距离带箭头的竖线氢原子的能级图如图所示．意义表示氢原子可能的能量状态——定态表示量子数表示氢原子的能量表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En2．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．h h(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE；②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE；③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．2n级值为En＝n2解析(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心力，则2＝，又知Ek＝mv2，故电子Ek＝＝2r12×0.528×10－10(2)当n＝1时，能级值为E1＝12当n＝2时，能级值为E2＝22当n＝3时，能级值为E3＝32E3－E112.09×1.6×10－19(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：N＝C2＝n(n－1)；②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．[例1](2017·江苏南京质检)已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10m，量子数为n的能－13.6eV．(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线？(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长．(静力电常量k＝9×109N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.00×108m/s)ke2mv21r1r12在基态轨道的动能为ke29×109×(1.6×10－19)2J＝2.18×10－18J＝13.6eV．－13.6eV＝－13.6eV．－13.6eV＝－3.4eV．－13.6eV＝－1.51eV．能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共3种，能级图如图所示．(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．chν＝E3－E1，又知ν＝λ，则有hc 6.63×10－34×3×108λ＝＝m＝1.03×10－7m．答案(1)13.6eV(2)见解析(3)1.03×10－7m．二原子核的衰变半衰期1．α衰变、β衰变的比较Z 22A1 0 214 2 A ZZZZ21，m 余＝m 原( ( 92218253153154衰变类型α 衰变β 衰变衰变方程A ZX ―→A －4Y ＋4HeA ZX →Z ＋1Y ＋－0e2 个质子和 2 个中子结合成衰变实质一个整体射出1 个中子转化为 1 个质子和 1个电子21H ＋21n ―→4He 1n ―→1H ＋－0e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.确定 α 、β 衰变次数的两种方法方法 1：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素 X 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后，变成稳定的新元素A ′Y ，则表示该核反应的方程为：A X ―→A ′Y ＋n 4He ＋m －0e ．根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m由以上两式联立解得A －A ′ A －A ′ n ＝ ，m ＝ ＋Z ′－Z由此可见，确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法 2：因为 β 衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定 α 衰变的次数，然后再根据衰变规律确定 β 衰变的次数．3．半衰期1 t 1 t(1)公式：N 余＝N原(2)τ 2)τ ．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态 如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．[例 2](2017·宁夏银川质检)235U 经过 m 次 α 衰变和 n 次 β 衰变，变成207Pb ，则( B )9282A ．m ＝7，n ＝3C ．m ＝14，n ＝9B ．m ＝7，n ＝4D ．m ＝14，n ＝18解析 根据题意知核反应方程235U →207Pb ＋m 4He ＋n －0e ，根据电荷数守恒和质量数守恒可得 235＝207＋4m,92＝82＋2m －n.联立解得 m ＝7，n ＝4，选项 B 正确．[例 3](2018·四川宜宾模拟)碘 131 核不稳定，会发生 β 衰变，其半衰期为 8 天．(1)碘 131 核的衰变方程：131I →__13154X ＋－0e__.(衰变后的元素用 X 表示)(2)经过__16__天有 75%的碘 131 核发生了衰变．解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可知衰变方程为131I →131X ＋－0e ．4 U ―→234Th ＋42He91 1 He ＋94Be ―→126 C ＋10n Al ＋42He ―→3015P ＋10n2 8 141U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋310n U ＋10n ―→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n1 221 1 1 1 72 8112 132159238 541(2)每经 1 个半衰期，有半数原子核发生衰变，经 2 个半衰期将剩余 的原子核，即有 75%的碘 131 核发生衰变，故经过的时间为 16 天．三 核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型衰类型α 衰变 可控性自发238 92 90 核反应方程 变β 衰变自发234 90Th →234Pa ＋－0e人工转人工 N ＋4He ―→17O ＋1H 14 7(卢瑟福发现质子)42(查德威克发现中子)2713变 控 30 15P ―→30Si ＋0e制(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)重核裂变235 92235 92轻核聚变很难控制 2 1H ＋3H ―→4He ＋1n2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础．如质子(1H)、中子(1n)、α 粒子(4He)、β 粒子(－0e)、正电子(0e)、氘核(2H)、氚核(3H)等．(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(4)核反应过程中质量数守恒，核电荷数守恒．[例 4]在下列四个核反应中，x 表示中子的是哪些？__BCD__．在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变？__AB__．A ．14N ＋4He →17O ＋xC ．2H ＋3H →4He ＋xB ．27Al ＋4He →30P ＋xD ．235U ＋x →90Sr ＋136Xe ＋10x解析 不管什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，由以上两个守恒规则，可以分别计 算出 A 、B 、C 、D 中 x 的质量数和电荷数，分别为 A 中1x ，B 中1x ，C 中1x ，D 中1x ，所以 x 表示中子的是 B 、C 、D ；关于人工转变问题，首先应明确核反应的特点：有粒子作“炮弹”轰击作为“靶”的原子核，并且p Th －p α ＝0，E kTh ＝ ，E k α ＝ ，E kTh ＋E k α ＝Δ E ；m α 4 m α＋m Th 4＋228 22 2 92290能在实验室中进行，因此人工核转变的有 A 、B ，C 叫轻核聚变，D 叫重核裂变．四 核能的计算1．质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即 E ＝mc 2．方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损 Δ m ，释放的能量为 Δ E ＝Δ mc 2．(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 Δ m ，吸收的能量为 Δ E ＝Δ mc 2．2．核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定．(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．3．计算核能的几种方法(1)根据 Δ E ＝Δ mc 2 计算，计算时 Δ m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，Δ E 的单位是“J”．(2)根据 Δ E ＝Δ m ×931.5MeV 计算．因 1 原子质量单位“u”相当于 931.5MeV 的能量，所以计算时 Δ m的单位是“u”，Δ E 的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．[例 5]一个静止的铀核232U(原子质量为 232.0372u)放出一个 α 粒子(原子质量为 4.0026u)后衰变成钍92核228Th(原子质量为 228.0287u)．(已知：原子质量单位 1u ＝1.67×10－27kg,1u 相当于 931.5MeV)92(1)写出核衰变反应方程；(2)算出该核衰变反应中释放出的核能；(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和 α 粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解析 (1)23292U →22890Th ＋4He ．(2)质量亏损 Δ m ＝m U －m Th －m α ＝0.0059u ， Δ E ＝Δ mc 2＝0.0059×931.5MeV ＝5.496MeV ．(3)系统动量守恒，钍核和 α 粒子的动量大小相等，即p Th p α2m Th 2m α所以钍核获得的动能 E kTh ＝ ×Δ E ＝ ×Δ E ＝0.095MeV答案 (1)232U →228Th ＋4He(2)5.496MeV (3)0.095MeVγ γ1 12 0213157 2 8923605621H 1 2 0 1 32 10 1．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(D )A ．②来自于原子核外的电子B ．①的电离作用最强，是一种电磁波C ．③的电离作用较强，是一种电磁波D ．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子解析 由题图可知，根据穿透本领可判断出①是 α 射线，②是 β 射线，③是 γ 射线．α 射线是氦核流，故选项 B 错误． 射线电离作用最弱，故选项 C 错误．β 射线来源于原子核内部，故选项 A 错误．射线伴随核反应释放出来，故选项 D 正确．2．(2017·天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是(A )A ．2H ＋3H →4He ＋1nC ．4He ＋27Al →30P ＋1nB ．14N ＋4He →17O ＋1HD ．235U ＋1n →144Ba ＋89Kr ＋31n解析 选项 A 是质量小的核结合成质量较大的核，属于核聚变．选项B 是卢瑟福发现质子的人工转变方程．选项 C 是约里奥·居里夫妇发现人工放射性同位素的人工转变方程．选项D 是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程，属于核裂变．选项 A 正确．3．(2018·江西九江模拟)用频率为 ν 0 的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 ν 1、ν 2、ν 3 的三条谱线，且 ν 3>ν 2>ν 1，则！！！ B ###.(填入正确选项前的字母)A ．ν 0<ν1B ．ν 3＝ν 2＋ν1C ．ν 0＝ν 1＋ν 2＋ν31 1 1 D ． ＝ ＋ν 1 ν 2 ν 3解析 因为仅发射出 3 种频率的光子，且 ν 3＞ν 2＞ν 1，所以 h ν 3＝E 3－E 1，h ν 2＝E 2－E 1，h ν 1＝E 3 －E 2，故 h ν 3＝h ν 2＋h ν 1，即 ν 3＝ν 2＋ν 1，选项 B 正确，C 、D 错误．入射光子 h ν 0＝h ν 3，所以 ν 0＞ ν 1，选项 A 错误．4．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放时的能量用来发电．氘核聚变反应方程是： ＋2H →3He ＋1n.已知2H 的质量为 2.0136u ，He 的质量为 3.0150u ，n 的质量为 1.0087u,1u＝931.5MeV/c 2.氘核聚变反应中释放的核能约为( B )A ．3.7MeVC ．2.7MeVB ．3.3MeVD ．0.93MeV解析 聚变反应中的质量亏损为 Δ m ＝(2×2.0136－3.0150－1.0087) u ＝0.0035u ，则释放的核能为1 12 0 11292 0 36 09238Δ E ＝Δ mc 2＝0.0035×931.5MeV ≈3.3MeV ，选项 B 正确．[例 1](2017·山西太原质检·5 分)氢原子的能级如图所示，大量氢原子从 n ＝4 的能级向 n ＝2 的能级跃迁时辐射出可见光 a ，从 n ＝3 的能级向 n ＝2 的能级跃迁时辐射出可见光 b ，则()A ．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 γ 射线B ．氢原子从 n ＝4 的能级向 n ＝3 的能级跃迁时会辐射出紫外线C ．在水中传播时，a 光较 b 光的速度小D ．氢原子在 n ＝2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离[答题送检]来自阅卷名师报告错误A 或BD致错原因审题不仔细，不会比较可见光 a 、紫外线、γ 射线能量间的关系，错选 A 或 B不清楚“跃迁”与“电离”的区别，不能根据 h ν ＝E m －E n 进行判断，错选 D分5扣－[规范答题][解析] 原子外层电子跃迁产生的只能是光波，γ 射线由核衰变获得，选项 A 错误；氢原子从 n ＝4能级向 n ＝3 能级跃迁时产生的光的频率比从 n ＝3 能级向 n ＝2 能级跃迁放出的光子频率还小，不可能是紫外线，选项 B 错误；a 光能量大，频率大，在水中的速度小，选项C 正确；n ＝2 能级的电离能为 3.4eV ，只有大于此能量的光子才能发生电离，选项 D 错误．[答案] C1．(多选)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( AC )A ．3H ＋2H →4He ＋1n 是核聚变反应B ．3H ＋2H →4He ＋1n 是 β 反应C ．235U ＋1n →14456Ba ＋89Kr ＋31n 是核裂变反应D ．235U ＋1n →14054Xe ＋94Sr ＋21n 是 α 衰变292290解析 两个轻核结合成质量较大的核，反应为核聚变，选项 A 正确，B 错误；在选项 C 中铀核在被中子轰击后分裂成两个较轻原子核，反应为核裂变，选项 C 正确；α 衰变的本质为核内 2 个质子和 2 个中子结合成4He ，选项 D 错误．2．(多选)如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是 3.34eV ，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是( BCE )A ．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象B ．一群处于 n ＝3 能级的氢原子向基态跃迁时，能放出 3 种不同频率的光C ．一群处于 n ＝3 能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为 8.75eVD ．用能量为 10.3eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态E ．用能量为 14.0eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子电离解析 当氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子的能量有可能大于 3.34eV ，锌板有可能产生光电效应，选项 A 错误；由跃迁关系可知，选项 B 正确；从 n ＝3 能级向基态跃迁时发出的光子最大能量为12.09eV ，由光电效应方程可知，发出光电子的最大初动能为 8.75eV ，选项 C 正确；氢原子在吸收光子能量时需满足两能级间的能量差，因此选项 D 错误；14.0eV>13.6eV ，因此可以使处于基态的氢原子电离，选项 E 正确．3．(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个 α 粒子衰变成钍核，衰变方程为238U →234Th ＋4He.下列说法正确的是( B )A ．衰变后钍核的动能等于 α 粒子的动能B ．衰变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小C ．铀核的半衰期等于其放出一个 α 粒子所经历的时间D ．衰变后 α 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析 静止的原子核在衰变前后动量守恒，由动量守恒定律得0＝m 1v 1＋m 2v 2，可知 m 1v 1＝－m 2v 2，故衰p 2变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小，选项 B 正确；而动能 E k ＝2m ，由于钍核的质量(m 1)大于 α粒子的质量(m 2)，故其动能不等，选项 A 错误；铀核的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个 α 粒子所经历的时间，选项 C 错误；原子核衰变前后质量数守恒，衰变时放出核能，质量亏损，选项 D 错误．4．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(ABC )A ．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量56 361313 14B ．一重原子核衰变成 α 粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C ．铯原子核(133Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能55D ．比结合能越大，原子核越不稳定E ．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能解析 由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能，选项 A 正确；重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大．衰变前后核子数不变，因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项 B 正确；铯原子柱的核子数少，因此其结合能小，选项 C 正确；比结合能越大的原子核越稳定，选项 D 错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项 E 错误．5．(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，235U 是核电站常用的核燃料.235U 受一个9292中子轰击后裂变成144Ba 和89Kr 两部分，并产生__3__个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要__大于 __(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．(2)取质子的质量 m p ＝1.6726×10－27kg ，中子的质量 m n ＝1.6749×10－27kg ，α 粒子的质量 m α ＝6.6467 ×10－27kg ，光速 c ＝3.0×108m/s.请计算 α 粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)解析 (1)根据质量数守恒可得，产生中子的数目为 235＋1－144－89＝3；只有裂变物质的体积大于它的临界体积时才能发生裂变反应．(2)组成 α 粒子的核子与 α 粒子的质量差Δ m ＝2m p ＋2m n －m α ，结合能 Δ E ＝Δ mc 2，代入数据得 Δ E ＝4.3×10－12J ．答案 (2)4.3×10－12J1．(多选)一静止的铝原子核27Al 俘获一速度为 1.0×107m/s 的质子 p 后，变为处于激发态的硅原子核28 14Si.下列说法正确的是( ABE )A ．核反应方程为 p ＋27Al →28SiB ．核反应过程中系统动量守恒C ．核反应过程中系统能量不守恒D ．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E ．硅原子核速度的数量级为 105m/s ，方向与质子初速度的方向一致解析 核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，选项 A 正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，选项 B 正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，选项 C 错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，选项 D错误；硅原子质量约是质子质量的 28 倍，由动量守恒定律知，m 0v 0＝28m 0v ，所以硅原子核速度数量级为105m/s ，方向与质子初速度的方向一致，选项 E 正确．4816322的含量m′＝m()4＝，选项C正确．32．图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是(D)A．a、b为β粒子的径迹C．c、d为α粒子的径迹B．a、b为γ粒子的径迹D．c、d为β粒子的径迹解析γ粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确．3．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有(C)mA．mC．mB．mD．1解析经过n个半衰期剩余碘131的含量m′＝m()n.因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131 1m2164．(多选)氢原子能级如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是__CD__(选填正确答案标号)．A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，选项A错误；由Em－En＝hν可知，选项B错误，D正确；根据C2＝3可知，辐射的光子频率最多有3种，选项C正确．5．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是__B__.(选填正确答案标号)A．γ射线是高速运动的电子流2τ2671922909205438015161728112022312923622mB．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D．210Bi的半衰期是5天，100克210Bi经过10天后还剩下50克8383解析β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误；1t110天为两个半衰期，剩余的210Bi为100×()g＝100×()2g＝25g，选项D错误．836．在下列描述核变化过程的方程中，属于α衰变的是__C__，属于β衰变的是__AB__，属于裂变的是__E__，属于聚变的是__F__.(选填正确答案标号)A．14C→14N＋－0eC．238U→234Th＋4HeE．235U＋1n→140Xe＋94Sr＋21nB．32P→32S＋－0eD．14N＋4He→17O＋1HF．3H＋2H→4He＋1n解析一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此选项C是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此选项E是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此选项F是轻核的聚变；另外，选项A、B是β衰变，选项D是原子核的人工转变．7．(2017·江苏卷)(1)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有！！！BC ###．A．4He核的结合能约为14MeVB．4He核比6Li核更稳定C．两个2H核结合成4He核时释放能量D．235U核中核子的平均结合能比89Kr核中的大(2)质子(1H)和α粒子(4He)被加速到相同动能时，质子的动量__小于__(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为__2∶1__．解析(1)由图象可知，4He的比结合能约为7MeV，其结合能应为28MeV，故选项A错误．比结合能较大的核较稳定，故选项B正确．比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故选项C正确．比结合能就是平均结合能，故由图可知选项D错误．(2)由动量与动能的关系p＝2mEk可知，Ek相同时，质量小的动量也较小，故质子的动量小于α粒子h1的动量．德布罗意波长λ＝p，而p∝m，故λ∝，则λH∶λα＝mα∶mH＝2∶1．(2)设 α 粒子的速度大小为 v ，由 qvB ＝m ，T ＝ ，得 α 粒子在磁场中运动周期 T ＝ ，T 2π m R m M M 由 Δ mc 2＝ Mv ′2＋ mv 2，得 Δ m ＝ ．2ZZ Z 2 28．(2017·北京卷)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 α 衰变．放射出的 α 粒子(4He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R .以 m 、q 分别表示 α 粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A X 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 α 衰变的核反应方程；(2)α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为 α 粒子和新核的动能，新核的质量为 M ，求衰变过程的质量亏损 Δ m ．解析 (1)A X →A －4Y ＋4He ．v 2 2π R 2π mR v qBq q 2B环形电流大小 I ＝ ＝ ，v 2 qBR(3)由 qvB ＝m ，得 v ＝ ．设衰变后新核 Y 的速度大小为 v ′，系统动量守恒，Mv ′－mv ＝0，mv qBRv ′＝ ＝ ，1 12 2(M ＋m )(qBR )22mMc 2答案 见解析课时达标 第 33 讲[解密考纲]综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算．1．在 α 粒子散射实验中，电子对 α 粒子运动的影响可以忽略．这是因为与 α 粒子相比，电子的(D )A ．电量太小C ．体积太小B ．速度太小D ．质量太小解析 α 粒子是氦核，是电子电量的 2 倍，质量是电子的 7600 倍，当 α 粒子碰到电子时，就像子弹碰到尘埃一样，故电子对 α 粒子运动的影响可以忽略是因为电子的质量相比 α 粒子太小，选项 D 项正确．2．氢原子能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．。

高三物理原子核知识点原子核是物质的基本组成部分之一，它包含了质子和中子。

在高三物理中，原子核是一个非常重要的知识点，涉及到原子结构、核反应、放射性等内容。

本文将为大家详细介绍高三物理原子核的知识点。

一、原子核的组成原子核是由质子和中子组成的，质子带正电荷，中子不带电荷。

它们紧密地结合在一起，构成了原子核的结构，形成了稳定的原子。

二、质子数和中子数原子核中的质子数被称为原子序数，通常用符号Z表示；中子数被称为中子数，通常用符号N表示。

原子核的质量数为质子数和中子数之和，通常用符号A表示。

即A = Z + N。

三、同位素同位素是指质子数相同，中子数不同的原子核。

比如氢的同位素有氢-1、氢-2、氢-3等。

同位素具有相同的化学性质，但是其物理性质会有一些差异。

四、原子核的尺度原子核的尺度非常微小，通常以费米为单位来表示。

1费米等于10的-15次方米，原子核的典型尺度为几个费米。

五、原子核的相对质量原子核的相对质量通常用原子质量单位（u）来表示。

1u等于质子质量的1/12，质子的质量是1.6726219 × 10的-27次方千克。

六、原子核的结合能原子核的结合能是指核内各个粒子通过相互作用而形成稳定的状态所释放出的能量。

结合能越大，核内的粒子结合越紧密，因此核的稳定性也更高。

七、核反应核反应是指原子核发生变化的过程。

其中包括核衰变、核聚变和核裂变等重要的反应过程。

核反应在核能的利用和核武器的制造中都具有重要的意义。

八、放射性放射性是指某些原子核具有自发地发射α粒子、β粒子或伽马射线的性质。

放射性物质具有一定的危险性，因此在使用和储存放射性物质时需要严格的安全措施。

结语：高三物理原子核知识点包括了原子核的组成、质子数和中子数、同位素、原子核的尺度、原子核的相对质量、原子核的结合能、核反应以及放射性等内容。

这些知识点对于理解原子结构、核能的利用以及核武器等方面都具有重要的意义。

希望本文能够帮助到大家，理解和掌握这些知识点。

高中物理原子与原子核知识点总结必修三原子、原子核这一章虽然不是重点;但是高考选择题也会涉及到;其实只要记住模型和方程式;就不会在做题上出错;下面的一些总结希望对大家有所帮助.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说;玻尔把量子说引入到核式结构模型之中;建立了以下三个假说为主要内容的玻尔理论.认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的;发现质子的核反应是认识原子核结构的突破点.裂变和聚变是获取核能的两个重要途径.裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程..整个知识体系;可归结为：两模型原子的核式结构模型、波尔原子模型；六子电子、质子、中子、正电子、粒子、光子；四变衰变、人工转变、裂变、聚变；两方程核反应方程、质能方程..4条守恒定律电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒贯串全章..1.汤姆生模型枣糕模型汤姆生发现电子;使人们认识到原子有复杂结构..从而打开原子的大门.2.卢瑟福的核式结构模型行星式模型卢瑟福α粒子散射实验装置;现象;从而总结出核式结构学说α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔;实验现象：结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进;但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上..卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核;叫原子核;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运动..由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m..而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾：①原子是否稳定;②其发出的光谱是否连续3.玻尔模型引入量子理论;量子化就是不连续性;整数n叫量子数玻尔补充三条假设⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态称为定态;电子虽然绕核运转;但不会向外辐射能量..本假设是针对原子稳定性提出的⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态;要辐射或吸收一定频率的光子其能量由两定态的能量差决定本假设针对线状谱提出辐射吸收光子的能量为hf＝E初-E末氢原子跃迁的光谱线问题一群氢原子可能辐射的光谱线条数为 ..大量处于n激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式⑶能量和轨道量子化----定态不连续;能量和轨道也不连续;即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形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分布也是不连续的针对原子核式模型提出;是能级假设的补充氢原子的激发态和基态的能量最小与核外电子轨道半径间的关系是:说明氢原子跃迁① 轨道量子化r n=n2r1n＝1;2.3…r1=0.53×10-10m=－13.6eV能量量子化：E1②③氢原子跃迁时应明确：一个氢原子直接跃迁向高能级跃迁;吸收光子一般光子某一频率光子一群氢原子各种可能跃迁向低能级跃迁放出光子可见光子一系列频率光子④氢原子吸收光子时——要么全部吸收光子能量;要么不吸收光子1光子能量大于电子跃迁到无穷远处电离需要的能量时;该光子可被吸收..即：光子和原于作用而使原子电离2光子能量小于电子跃迁到无穷远处电离需要的能量时;则只有能量等于两个能级差的光子才能被吸收..受跃迁条件限：只适用于光于和原于作用使原于在各定态之间跃迁的情况..⑤氢原子吸收外来电子能量时——可以部分吸收外来碰撞电子的能量实物粒子作用而使原子激发..因此;能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸收;从而使氢原子跃迁..E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2；有规律可依E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89； E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31⑶玻尔理论的局限性..由于引进了量子理论轨道量子化和能量量子化;玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律..但由于它保留了过多的经典物理理论牛顿第二定律、向心力、库仑力等;所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难..氢原子在n能级的动能、势能;总能量的关系是：EP=－2EK;E=EK+EP=－EK..类似于卫星模型由高能级到低能级时;动能增加;势能降低;且势能的降低量是动能增加量的2倍;故总能量负值降低..量子数1.天然放射现象的发现;使人们认识到原子核也有复杂结构..核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变用电磁场研究：2.各种放射线的性质比较三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：四种核反应类型衰变;人工核转变;重核裂变;轻核骤变⑴衰变：α衰变：实质：核内α衰变形成外切同方向旋;β衰变：实质：核内的中子转变成了质子和中子β衰变形成内切相反方向旋;且大圆为α、β粒子径迹..+β衰变：核内γ衰变：原子核处于较高能级;辐射光子后跃迁到低能级..⑵人工转变：发现质子的核反应卢瑟福用α粒子轰击氮核;并预言中子的存在发现中子的核反应查德威克钋产生的α射线轰击铍人工制造放射性同位素正电子的发现约里奥居里和伊丽芙居里夫妇α粒子轰击铝箔⑶重核的裂变：在一定条件下超过临界体积;裂变反应会连续不断地进行下去;这就是链式反应..⑷轻核的聚变：需要几百万度高温;所以又叫热核反应所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒..注意：质量并不守恒..核能计算方法有三：①由△m单位为“kg”计算；②由△E=931.5△m△m 单位为“u”计算；③借助动量守恒和能量守恒计算..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叫半衰期..对大量原子核的统计规律计算式为： N表示核的个数 ;此式也可以演变成或 ;式中m表示放射性物质的质量;n 表示单位时间内放出的射线粒子数..以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量..半衰期由核内部本身的因素决定;与物理和化学状态无关、同位素等重要概念放射性标志3.放射性同位素的应用⑴利用其射线：α射线电离性强;用于使空气电离;将静电泄出;从而消除有害静电..γ射线贯穿性强;可用于金属探伤;也可用于治疗恶性肿瘤..各种射线均可使DNA发生突变;可用于生物工程;基因工程..⑵作为示踪原子..用于研究农作物化肥需求情况;诊断甲状腺疾病的类型;研究生物大分子结构及其功能..⑶进行考古研究..利用放射性同位素碳14;判定出土木质文物的产生年代..一般都使用人工制造的放射性同位素种类齐全;各种元素都有人工制造的放射性同位..半衰期短;废料容易处理..可制成各种形状;强度容易控制..高考对本章的考查：以α粒子散射实验、原子光谱为实验基础的卢瑟福原子核式结构学说和玻尔原子理论;各种核变化和与之相关的核反应方程、核能计算等..在核反应中遵循电荷数守恒和质量数守恒;在微观世界中动量守恒定律同样适用..。

(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

二、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(
1
22
－1
n2
)，(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。

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。

三、氢原子的能级、能级公式
1．玻尔理论。

第十八章 原子结构一.电子：英国物理学家汤姆孙认为阴极射线就是带电粒子流，经过实验，他发现那就是电子流，电子的电荷后来由密立根通过“油滴实验”测得，e=1.6×10-19 。

二.α粒子散射实验卢瑟福和学生用α粒子轰击金箔，发现：绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上沿原来的方向前进，但有极少数α粒子发生了 大角度的偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们被“撞了回来”。

这个实验证明了卢瑟福的核式结构模型。

原子的核式结构模型内容：在原子的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的空间运动.[说明] 核式结构模型的实验基础是α粒子散射实验，从α粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10-14m ～10-15m ，而原子半径的数量级是10-10m.三．波尔的原子模型内容：玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要点：玻尔的原子模型是以假说的形式提出来的，包括以下三方面的内容：○1轨道假设：即轨道是量子化的，只能是某些分立的值. ○2定态假设：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.○3跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差.n m E E hv -= 四．氢原子光谱的理解第十九章原子核一．射线的组成，能量都很高。

α射线，即氦核，24He ，速度可以达到光速的十分之一，电离能力强，穿透能力比较差。

β射线是高速电子流，速度可达光速的99％，电离能力较弱，穿透能力较强。

γ射线是能量很高的电磁波，电离能力更小，但穿透能力很强。

高考物理备考重点原子与核物理原子与核物理是高考物理的重点内容之一，它涉及了原子的结构、原子核的性质以及核反应等知识点。

在备考过程中，我们需要重点掌握以下几个方面的知识。

一、原子结构1. 原子的组成：原子由质子、中子和电子组成，其中质子和中子集中于原子核内，电子分布在原子核周围的电子壳层中。

2. 原子的电荷：质子带正电荷，中子不带电荷，电子带负电荷。

原子整体是电中性的，质子和电子的数量相等。

3. 原子的半径：原子半径大小与电子外层的能级有关，外层电子的能级越高，原子半径越大。

二、原子核的性质1. 原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子数目决定了元素的原子序数，即元素的核电荷数。

2. 原子核的尺寸：原子核的尺寸较小，直径约为10^-15米量级。

3. 原子核的质量：原子核的质量主要由质子和中子的质量决定，质子和中子的质量几乎相等。

三、放射性与核衰变1. 放射性现象：某些核素具有放射性自发变化的性质，通过放射性衰变释放出辐射。

2. 核衰变类型：常见的核衰变类型包括α衰变、β衰变和γ衰变。

3. 核衰变定律：核衰变过程符合指数函数规律，可以根据半衰期来描述放射性元素的衰变速率。

四、核反应与核能1. 核反应的概念：核反应是指原子核之间的相互作用，包括裂变、聚变和放射性衰变等。

2. 裂变与聚变：裂变是指重核分裂成两个较轻的核，聚变是指轻核融合成较重的核。

3. 核能的释放：核反应过程中释放出的能量称为核能，核能的利用广泛应用于核能发电和核武器等领域。

五、辐射与防护1. 辐射的分类：辐射主要分为电离辐射和非电离辐射，电离辐射包括α粒子、β粒子和γ射线。

2. 辐射的损害：辐射对人体具有一定的危害性，长期接触高剂量辐射会引发放射病。

3. 辐射防护措施：合理利用辐射防护装置、减少暴露时间和保持距离等方法可以降低辐射损害。

以上是高考物理备考中原子与核物理的重点内容。

通过系统学习和不断练习，我们可以更好地理解和掌握这些知识，为高考物理取得好成绩打下坚实的基础。