【物理教案】2021江苏高考物理：第十二章第2讲原子和原子核

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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
(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
1
λ
＝R(
1
2
2
－
1
n
2
)(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．
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能级公式：En＝
1
n
2
E1(n＝1,2,3，…)，其中 E1为基态能量，其数值为 E1＝－13.6 eV.
②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　(2019·湖北武汉市四月调研)已知氢原子的基态能量为 E1，激发态能量 En＝
E
1
n
2
，其
中n＝2,3,4，….若氢原子从 n＝3能级跃迁到 n＝2能级放出光子的频率为 ν，能使氢原子从
基态电离的光子的最小频率为(　　)
A.
9
4
ν B．4ν C.
3
6
5
ν D．9ν
答案　C
解析　由题意可知：
E
1
3
2
－
E
1
2
2
＝hν；
能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足：
0－E1＝hν′，
解得 ν′＝
3
6
5
ν，故选 C.
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
A
Z
X，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
α衰变：
A
Z
X→
A
－
4
Z
－
2
Y＋
4
2
He
β衰变：
A
Z
X→　AZ＋1Y＋
0
－
1
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：
2
3
8
9
2
U→
2
3
4
9
0
Th＋
4
2
He
β衰变：
2
3
4
9
0
Th→
2
3
4
9
1
Pa＋
0
－
1
e.
(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．
(3)公式：N余＝N原·
，m余＝m原·
.
4．核力和核能
(1)核力：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.
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