原子的核式结构

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1、原子的核式结构原子的核式结构玻尔理论天然放射现象一、知识点梳理1、原子的核式结构（1）粒子散射实验结果：绝大多数粒子沿原方向前 进，少数粒子发生较大偏转。（2）原子的核式结构模型：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的质 量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.（3）原子核的大小：原子的半径大约是10-10米， 原子核的半径大约为10-14米10-15米.2、玻尔理论有三个要点：（1）原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在 这些状态中原子是稳定的.电子虽然绕核旋转，但并不向 外辐射能量，这些状态叫定态.（2）原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射

2、（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h v =E2-E1（3）原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道 运动.原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分 立的.在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态 对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值 叫做能级。3、原子核的组成核力原子核是由质子和中子组成的质子和中子统称为核 子.将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种很强 的力，而且是短程力，只能在2. 0X10-15的距离内起作 用，所以只有相邻的核子间才有核力作用.4、原子核的衰变（1）天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见 的射线，这种现

3、象叫天然放射现象.（2）放射性元素放射的射线有三种：、射线、射线，这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图 15.2-1所示（3）放射性元素的衰变：放射性元素放射出粒子或 粒子后，衰变成新的原子核，原子核的这种变化称为衰变.衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的.（4）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要 的时间称为半衰期.不同的放射性元素的半衰期是不同的， 但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的.它由原子 核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等 因素无关.(5) 同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子 在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。二、典型例题例1如图

4、15-2-2所示为卢瑟福和他的同事们做 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，屏上仍能观察一些闪光，但次数 极少解析根据a粒子散射现象，绝大多数粒子沿原方 向前进，少数粒子发生较大偏转，本题应选择A、B、D点评本题考查学生是否掌握卢瑟福的a粒子散射 实验结果。例2氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁

5、到距 核较远的轨道过程中()A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势 能增大，原子的能量增大B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势 能减小，原子的能量也减小C. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势 能减小，原子的能量增大D. 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势 能增大，原子的能量增加解析根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远 的轨道上运动时，其能量越大，由能量公式En=（E1=-13.6eV）可知，电子从低轨道（量子数n小）向高 轨道（n值较大）跃迁时，要吸收一定的能量的光子.故 选项B可排除.氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向 心力由原子核对电子的库仑引力提

6、供，即二，电子运动的 动能Ek=mv2=.由此可知：电子离核越远，r越大时，则 电子的动能就越小，故选项A、C均可排除.由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性 电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子 做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增 加，故选项D正确.点评考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律 及电场力做功性质的综合运用的能力.例3关于天然放射现象，以下叙述正确的是()A. 若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B. P衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为 质子时所产生的C. 在a、。、y这三种射线中，Y射线的穿透能 力最强，a射线的电离能力最强D. 铀核(

7、)衰变为铅核()的过程中，要经过8次a衰 变和10次P衰变解析半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所 决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关.A 错；P衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子 时所产生的，B对；根据三种射线的物理性质，C对； U的质子数为92，中子数为146, Pb的质子数为82，中 子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。 注意到一次a衰变质量数减少4，故a衰变的次数为 x=8次。再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定 P衰变的次数y应满足2x-y+82 = 92, y = 2x-10=6次。 故本题正确答案为B、C。点评1本题考查a衰变、p衰变的规

8、律及质量数，质子 数、中子数之间的关系。2P衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰变产生的。例4、如图15-2-3K-介子衰变的方程为，其中K-介 子和n -介子带负的基元电荷，n 0介子不带电。一个K- 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆 弧AP，衰变后产生的n -介子的轨迹为圆弧PB,两轨迹 在P点相切，它们的半径RK-与Rn之比为2：1。n 0介 子的轨迹未画出。由此可知n -介子的动量大小与n 0介 子的动量大小之比为A.1：1B.1：2C.1：3D.1：6解析根据题意，分别计算出带电粒子在磁场中作 圆周运动的轨道半径。根据动量的定义，分别求出两个 介子的

9、动量大小，再从图中确定两个介子动量的方向， 最后运用动量守恒，计算出粒子的动量大小。qvKB=mK， RK二R， pK=-p+p，p。正确选项为（C）点评这题以基本粒子的衰变为情景，涉及带电粒 子在磁场中运动规律和动量守恒等知识点，是一道综合 性题目。带电粒子在磁场中受到洛伦磁力作用，该力的 方向与粒子的速度方向垂直，因此，带电粒子作圆周运 动。根据动量守恒，基本粒子衰变前后的总动量不变， 但计算过程要主注意动量的方向问题。例5若原子的某内层电子被电离形成空位，其它的 电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的 形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内 层空位的产生有多种机制，其

10、中的一种称为内转换，即 原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的 能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。的原子核从某一激发 态回到基态时，可将能量E0V交给内层电子（如K、L、M 层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层）使 其电离。实验测得从原子的K、L、M层电离出的动能分 别为 EK=1.323MeV、ELV、EM=1.412MeV.则可能发射的特 征X射的能量为A0.013MeVB0.017MeVC0.076MeVD0.093MeV解析电子电离后的动能等于吸收的能量减去电子 原来所处的能级的能量，所以原子核的K层的能量为 0. 0

11、93MeV，原子核的L层的能量为0. 017MeV，原子核 的M层的能量为0. 004MeV。所以可能发射的特征X射的 能量为 0. 076MeV、0. 087MeV、0. 013MeV。故正确为 A、 C点评这是一道信息题要求学生能把题中所给的知 识与已学知识有机结合。学生首先要弄清电子的电离能、 动能与吸收能量的关系。三、过关测试1、用a、b两束单色光分别照射同一双缝干涉装置， 在距双缝恒定距离的屏上得到图示的干涉图样，其中甲 图是a光照射时形成的，乙图是b光照射时形成的。则关 于a、b两束单色光，下述正确的是BA. a光光子的能量较大B. 在水中a光传播的速度较大C. 若用a光照射某金属

12、时不能打出光电子，则用b 光照射该金属时一定打不出光电子D. 若a光是氢原子从n = 4的能级向n = 2的能级跃 迁时产生的，则b光可能是氢原子从n = 3的能级向n = 2 的能级跃迁时产生的2、德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激 发的实验研究。如图（1）他们在一只阴极射线管中充了 要考察的汞蒸气。极射发出的电子受阴极K和栅极R之间 的电压UR加速，。电子到达栅极R时，电场做功eUR。 此后电子通过栅极R和阳极A之间的减速电压UA。通过 阳极的电流如图（2）所示，随着加建电压增大，阳极电 流在短时间内也增大。但是到达一个特定的电压值UR 后.观察到电流突然减小。在这个电压值上，电于

13、的能 量刚好能够激发和它们碰撞的原子。参加碰撞的电子交 出其能量，速度减小，因此刻达不了阳极.阳极电流减 小。eUR即为基态气体原于的激发能。得到汞原子的各 条能级比基态高以下能量值：4.88eV,6.68eV,8.78eV,10.32eV(此为汞原子的电离能)。 若一个能量为7.97eV电子进入汞蒸气后测量它的能量大 约是A. 4.88eV 或 7.97eVB.4.88eV 或 6.68eVC.2.35eV 或 7.97eVD.1.29eV 或 3.09eV 或 7.97eVD3、某原子核的衰变过程是ABC，下述说法中正确的是，A. 核C比核B的中子数少2B.核C比核A的质量数 少5C. 原

14、子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的 中性原子的电子数多2D. 核C比核A的质子数少14、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可 能不发射光子.例如在某种条件下，铭原子的n=2能级 上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相 应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子， 这一现象叫做俄歇效应.以这种方式脱离了原子的电子 叫做俄歇电子.已知铭原子的能级公式可简化表示为 En=-，式中n=1，2，3表示不同能级，A是正的已知常 数.上述俄歇电子的动能是(A)A(B)A(C)A(D)A5、地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性 元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀

15、和 铅含量来推算。测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初 期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形 成铅206,铀238的相对含量随时间变化规律如图所示， 图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由 此可以判断出BDA. 铀238的半衰期为90亿年B. 地球的年龄大致为45亿年C. 被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原 子数之比约为1：4D. 被测定的古老岩石样品在90亿年时铀、铅原子 数之比约为1：36. 关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是()A. 用波长为60nm的伦琴射线照射，可使处于基态 的氢原子电离出自由电子B. 用能量为10. 2eV的光子照射，可使处

16、于基态的 氢原子跃迁到激发态C. 用能量为11. 0eV的自由电子轰击，可使处于基 态的氢原子跃迁到激发态D. 用能量为12. 5eV的光子照射，可使处于基态的 氢原子跃迁到激发态7、氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为久1的光子，从能级A跃迁到能级C时，辐射出波长为入 2的光子.若入1入2,则氢原子从能级B跃迁到能级C 时，将 光子，光子的波长为。8、太赫兹辐射(1THz=1012Hz)是指频率从0.3THz 到10THz、波长介于无线电波中的毫米波与红外线之间 的电磁辐射区域，所产生的T射线在物体成像、医疗诊 断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景.最近， 科学家终于研制出以红外

17、线激光器为基础的首台可产生 4.4THz的T射线激光器，从而使T射线的有效利用成为 现实。已知普朗克常数h=6.63X10 34Js，关于4.4THz 的T射线，下列说法中错误的是BCA.它在真空中的速度为3.0X108m/s B.它 是某种原子核衰变时产生的C.它的波长比可见光短D.它的光子的能量约为2.9X10 2、氢原子从能级A跃迁到能 级B吸收频率为的光子，从能级A跃迁到能级C释放频率 为的光子，若，则当它从能级B跃迁到能级C时，将A.放出频率为的光子B.放出频率为的光子C.吸收频率为的光子D.吸收频率为的光子10、日光灯中有一个启动器，其中的玻璃泡中装有 氖气。启动时，玻璃泡中的氖气

18、会发出红光，这是由于氖原子的A. 自由电子周期性运动而产生的B. 外层电子受激发而产生的C. 内层电子受激发而产生的D. 原子核受激发而产生的11、已知氦离子He+能级En与量子数n的关系和氢 原子能级公式类似，处于基态的氦离子He+的电离能为E = 54.4eVo为使处于基态的氦离子He+处于激发态，入 射光子所需的最小能量为A. 13.6eVB. 40.8eVC. 48.4eVD. 54.4eV12、如图15.2-5所示是工厂利用放射线自动控制铝 板厚度的装置示意图.（1）请简述自动控制的原理.（2） 如果工厂生产的是厚度为1mm的铝板，在三种射线中， 哪一种对铝板的厚度控制起主要作用，为什么？参考答案1. B2. D3. A4. B5. BD6. AB辐射8.BB10.BB12. (1)放射线具有穿透本领，如果向前移动的铝板 的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随 之变化，将这种变化转变的电信号输入到相应的装置， 自动地控制图中右侧的两个轮间的距离，达到自动控制 铝板厚度的目的(2)射线起主要作用，因为射线的贯穿本领很小， 一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1mm的铝板；射线的 贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板.当铝板厚度发生 变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显 地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反应。