2019年高考三轮冲刺 原子和原子核（教学案）

2019年高考三轮冲刺 原子和原子核（教学案）
教材版本 全国通用 课时说明 120分钟
知识点 电子的发现、玻尔理论、衰变、结合能、核反应方程
复习目标 1.掌握住原子结构；2.理解能级跃迁；3.熟练掌握核反应方程4.质量亏损和核能计算
复习重点 1.原子结构；2.理解能级跃迁；3.熟练掌握核反应方程
复习难点 质量亏损和核能计算

一、高考回顾
1.（2018，天津卷）国家大科学工程—中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是（ ）

图13-g1-1
A.俘获一个粒子，产生并放出一个粒子
B.俘获一个质子，产生并放出一个粒子
C.俘获一个质子，产生并放出一个粒子
D.俘获一个粒子，产生并放出一个粒子
【答案】D
2.（2018，全国卷3）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为( )
A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31
【答案】B
3.（2017，全国卷1）大科学工程“人造太阳”主要是将氚核聚变反应释放的能量用来发电，氚核聚变反应方程是，已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u，1u＝931MeV/c2。氚核聚变反应中释放的核能约为（ ）
A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV
【答案】B
二、知识清单
1.电子的发现
（1）1897英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了是可再分的。

（2）汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球内。

2.原子的核式结构模型
（1）粒子散射实验：实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，也就是说它们几乎被“撞了回来”。
（2）卢瑟福原子模型：核式结构模型

3.玻尔的原子模型
（1）玻尔原子理论的基本假设：轨道量子化和能量量子化
（2）能级跃迁：电子从能量较高（较低）跃迁到能量较低（较高）的轨道时，会释放（吸收）能量，
即：

4.原子核的组成
（1）天然放射现象：1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光。
（2）三种射线：射线、射线、射线

射线 射线 射线 射线
穿透能力 最弱 较强 最强
电离能力 最强 较强 最弱

（3）原子核的组成：质子和中子
5.放射性元素的衰变
（1）原子核的衰变
衰变：
衰变：
衰变的实质：
说明：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
（2）半衰期
①放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，叫这种元素的半衰期。
②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。
6.放射性的应用与防护
（1）卢瑟福发现质子：
（2）査德威克发现中子：
（3）居里夫妇发现放射性磷元素：
7.核力与结合能
（1）原子核的稳定性：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
（2）质量亏损：
8.核裂变
（1）核反应方程：
（2）应用：核电站，原子弹
9.核聚变
（1）核反应方程：
（2）应用：太阳内部巨大的能量来自核聚变，氢弹
三、例题精讲
例1下列说法正确的是( )
A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
B．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流
C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关
【答案】C
【解析】A项原子核发生衰变时，电荷守恒和质量数守恒但质量有质量亏损，A项错；B项γ射线不带电，B项错；C项根据跃迁的条件可知，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，C项正确；D项发生光电效应时，光电子的动能由入射光的频率决定的，D项错；故选C。
【易错点】A项为迷惑项，考生不留意易误选，原子核发生衰变时，电荷守恒和质量数守恒但质量有质量亏损。
例2下列说法不正确的是（ ）
A．200个的原子核经过两个半衰期后剩下50个
B．发现中子的核反应方程是
C．经过6次α衰变和4次β衰变后成为稳定的原子核
D．在中子轰击下生成和的过程中，原子核中的平均核子质量变小
【答案】A
【解析】半衰期是大量原子核的统计规律，对少数粒子无意义．故A错误；B中查德威克用α粒子轰击
Be发现中子，核反应方程是故B正确；C中α衰变改变质量数，所以232-208=4×6，故经过6次α衰变，β衰变：90-2×6+n=82，得n=4；故C正确；D中裂变反应释放出能量，根据质能方程知在中子轰击下生成和的过程中，释放大量的能量，由质量亏损，原子核中的平均核子质量变小，故D正确；故选：A。
【易错点】A项为易错项，学生对原子核衰变后剩余的个数的理解有误，直接会用公式进行计算得出剩余50个，但是公式是适用于大多数原子核，学生认为200个就很多了，其实对于大多数的理解有误。
例3如图13-L3-1所示为氢原子的能级图，若氢原子群A处于n=2的能级，氢原子群B处于n=3的能级，则下列说法正确的是（ ）

13-L3-1
A．原子群B最多可能辐射出2种频率的光子
B．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到n=4的能级
C．若要使原子群A发生电离，所吸收的光子的能量可以大于3.4eV
D．若原子群A辐射出的光能使某金属发生光电效应，则原子群B可能辐射出的所有光也都能使该金属发生光电效应
【答案】C
【解析】A项中根据知，大量n=3能级的氢原子可以辐射出三种不同频率的光子，A错误；B项中根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，原子群A能够吸收△E=-0.85-（-3.4）=2.55eV时，才能跃迁到n=4的能级，而原子B发出的光子大于或小于2.55eV，B错误；C项中若氢原子群A处于n=2的能级，E2=-3.4eV，要使原子群A发生电离，所吸收的光子的能量可以大于3.4eV，至少等于3.4eV，C正确； D项中原子群A辐射出的光能使金属发生光电效应，根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，则原子群B从n=3到n=2能级，辐射出的光不能使该金属发生光电效应， D错误；故选C．
【易错点】C项，对原子群电离条件的理解，部分学生会把电离条件和跃迁条件混淆。
例4关于天然放射现象，下列说法正确的是( )
A.α射线是由氦原子核衰变产生
B.β射线是由原子核外电子电离产生
C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
D.通过化学反应不能改变物质的放射性
【答案】D
【解析】A项中α射线是在α衰变中产生的，本质是氦核，A错误；B项中β射线是在β衰变中产生的，本质是高速电子束，B错误；C项中γ射线是α衰变和β衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C错误；D项中物质的放射性由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关,D正确.
【易错点】天然放射现象中三种射线的产生机理
四、思维点拨
重点突破 原子核
1．四种核反应方程的区别
核反应方程的考查是重点，对四种核反应的区别对部分学生有一定的困难．
区分技巧：（1）衰变方程：由一个核分裂成2个核，2个核中有一个是α粒子或β粒子；
（2）人工转变方程：2个核转化成2个核，这4个核基本都是化学周期表中的前20号元素；
（3）裂变方程：由一个中子轰击一个重核生成多个轻核和更多的中子．
2．结合能和比结合能的理解
结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能，组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。
比结合能：结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。
说明：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
五、成果巩固
【基础达标】
1．（多选，2016·全国卷）一静止的铝原子核俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核，下列说法正确的是________．
A．核反应方程为
B．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
【答案】ABE
【解析】核反应方程为，A正确；核反应过程中系统动量守恒、能量守恒(只是前后表现形式不同罢了)、质量数守恒、电荷数守恒，但质量亏损，亏损部分以能量的形式释放出去，所以B正确，C、D错误；由动量守恒定律得0＋m1v1＝m2v2，即0＋1×107＝28v2，解得v2≈0.036×107m/s＝3.6×105m/s，E正确．
【易错点】C项中的能量不守恒，学生很容易就会误选，由于有质量亏损，学生易认为能量损失了，D项中的动量守恒计算是容易忘记正方向的选取。
2.（2016·北京）处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
【答案】C
【解析】处在高能级的氢原子向低能级跃迁时，可以向任意低能级跃迁．选项C正确，A、B、D不正确．
【易错点】对题意的理解容易出错，本试题没有特别说明辐射光的频率最多有几种，会有一部分学生误选。
3．（2016·江苏）贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是________．
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据原子核衰变的特点由一个核变成2个核，2个核中有一个是α粒子或β粒子可知A正确，B、C、D错误，故选A。
【易错点】核反应方程的特点
4.（2015·福建）下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )
A.射线是高速运动的电子流
B.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.的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克
【答案】B
【解析】γ射线是光子流，所以A项错误；氢原子辐射光子以后，半径减小，电子动能增加，所以B项正确;太阳辐射能量的主要来源是热核反应，所以C项错误；的半衰期是5天，经过10天，100克还余25克，所以D项错误.
【易错点】B项中氢原子辐射光子后，部分学生会认为电子的动能增大，D项中原子核衰变后剩余的质量可以用公式进行计算，而部分学生与个数混淆，所以会选错。
5．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应。当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。“氦燃烧”的核反应方程：+ 。是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10-16s。质量为m的，经7.8×10-16s后所剩的质量为 。
【答案】（或），（或12.5%）
【解析】根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒得知为。由题意可知经过3个半衰期，剩余的的质量。
【易错点】部分学生由于Y不知道是什么，根据质量数和核电荷数守恒，不容易分析出来。
6．关于近代物理学的下列说法正确的是( )
A．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核内部由核子构成
B．对于同一种金属来说，其极限频率恒定，与入射光的频率及光的强度均无关
C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要吸收一定频率的光子
D．核发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数不变，质量数不变
【答案】B
【解析】A项中卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，A错误；B项中金属板的极限频率与金属板的结构有关，与入射光的频率和强度无关，B正确；C项中电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，C错误；D项中衰变方程遵守核电荷数和质量数守恒，D错误；故选B。
【易错点】金属板的极限频率只与金属板的的结构有关，有部分学生会认为入射光的频率越大，金属版的极限频率越大。
7．下列关于原子和原子核的说法正确的是（ ）
A．衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B．某放射性元素经12天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天
C．放射性元素的半衰期随温度的降低而变短
D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
【答案】
【解析】A项中衰变的实质是，A错误；B项由可知，B正确；C项中放射性元素的半衰期只与原子核的内部结构有关，与外界其它因素无关，C错误；D项中比结合能越小，原子核越不牢固，D错误；故选B。
【易错点】A项中有部分学生认为，既然有粒子放出，说明电子是原子核的组成部分，没有掌握衰变的实质。
【能力提升】
8．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福通过分折α粒子的大角度散射实验数据，提出了原子的核式结构模型
B．根据放射性元素的半衰期可以确定某个特定的原子核何时发生衰变
C．原子核外的电子电离后可以产生射线
D．比较超声波的反射波的频率与波源频率的变化可以用于医学诊断
【答案】AD
【解析】A项中卢瑟福通过分折α粒子的大角度散射实验数据，提出了原子的核式结构模型，A正确；放射性元素的半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，B错误；衰变中产生射线是原子核内部的中子转化成的，C错误；超声波的反射波的频率与波源频率的变化可以用于医学诊断
，D正确；故选AD。
【易错点】A项中有部分学生认为，既然有粒子放出，说明电子是原子核的组成部分，没有掌握衰变的实质。
9．（多选）如图13-j9-1所示,是氢原子四个能级的示意图．当氢原子从的能级跃迁到的能级时,辐射出光子a,当氢原子从的能级跃迁到的能级时,辐射出光子b,则以下判断正确的是( )

13-j9-1
A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子a可使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
C．光子b可使处于n=3能级的氢原子电离
D．一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
【答案】AC
【解析】A项中a的波长大于光子b的波长，A正确；B项中氢原子从n=2跃迁到n=3的能级需要的能量是1.89eV，B错误；C项中n=3能级的氢原子电离只要吸收大于1.51 eV的任意能量就可以，C正确；D项中一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线，D错误；故选AC。
【易错点】D项中是一个氢原子而不是一群氢原子，学生由于审题不仔细会错选。
10．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚（）是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是（ ）
A．原子核中含有92个中子
B．通过高温处理可缩短的半衰期，降低核泄漏的危害
C．由于衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
【答案】D
【解析】A项中根据电荷数守恒、质量数守恒知,X原子核中的电荷数为92,质量数为235,则X原子核中有143个中子,A错误；B项中改变元素所处的物理环境和化学状态,不会影响半衰期,B错误；C项中衰变后释放巨大能量,根据爱因斯坦质能方程知,有质量亏损,C错误；D、衰变发出的射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力,D项正确；故选D.
【易错点】A项中，部分学生易计算成质子数，导致很容易选A，还有一部分学生认为中子数等于质子数。
11．关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】核电站获取核能是应用裂变所释放的能量，所以方程式为，故A正确，B、C、D错误，故选A。
【易错点】裂变方程的特点，多数孩子没有掌握，由中子轰击一个重核，生成多个轻核和更多的中子。
12．（多选）下列关于原子及原子核的说法正确的是（ ）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应
B．外界环境温度升高，原子核的半衰期不变
C．原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子
D．比结合能越大，原子核越稳定
【答案】BD
【解析】A项中太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变，A错误；B项中原子核的半衰期与外界环境无关，B正确；C项中核反应方程满足核电荷数守恒和质量数守恒，而不是原子层失去一个电子，C错误；D项中比结合能越大，原子核越稳定，D正确；故选BD。
【易错点】C项中释放出一个粒子，会有部分学生认为释放出一个电子，该院子外层就失去一个电子，D项中结合能和比结合能的理解，学生会理解成结合能越大，原子核越稳定。


六、课堂小结