2026版创新设计高考一轮复习物理第2讲　原子结构和原子核

第2讲原子结构和原子核第十五章近代物理1.理解原子的核式结构，了解氢原子光谱，理解玻尔原子结构理论，会分析能级跃迁问题。2.理解原子核的衰变，会计算原子核的半衰期。3.理解原子核的人工转变、重核的裂变、轻核的聚变，会书写核反应方程，会计算核反应过程的核能。学习目标目

录CONTENTS夯实必备知识01研透核心考点02提升素养能力03夯实必备知识11.原子核式结构(1)电子的发现:英国物理学家________发现了电子。(2)α粒子散射实验1909年，英国物理学家________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______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________，也就是说它们几乎被“撞了回来”。汤姆孙卢瑟福原来90°(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________和几乎全部______都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。正电荷质量2.氢原子光谱 (1)光谱分类

吸收连续特征

3.玻尔三条假设(1)定态假设:原子只能处于一系列________的能量状态中，在这些能量状态中原子是______的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁假设: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＝____________

(m<n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)。(3)轨道假设: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__________，因此电子的可能轨道也是__________。不连续稳定En－Em不连续的不连续的

(2)氢原子的能级图(如图所示)5.原子核(1)原子核的组成:原子核是由______和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的________。(2)天然放射现象①放射性元素______地发出射线的现象，首先由__________发现。天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结构。②放射性同位素的应用与防护应用:消除静电、工业探伤、作为示踪原子、培养优良品种。防护:防止放射线对人体组织的伤害。质子质子数自发贝克勒尔原子核

半数内部(5)核力与结合能①核力:原子核内部，______间所特有的相互作用力。②质能方程:核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝__________。③结合能:核子结合为原子核时______的能量或原子核分解为核子时______的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。④比结合能:原子核的结合能与________之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能______，原子核中核子结合得越牢固，原子核越______。核子Δmc2释放吸收核子数越大稳定

大于

研透核心考点2考点二玻尔理论与能级跃迁氢原子光谱考点一原子的核式结构考点三原子核的衰变及半衰期考点四核反应及核能的计算考点一原子的核式结构例1α粒子散射实验的示意图如图所示，放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中1、2、3为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(

)A.在位置2接收到的α粒子最多B.在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大D.若正电荷均匀分布在原子内，则1、2、3三个位置接收到α粒子的比例应相差不多B解析

由于原子中大部分是空的，故大部分α粒子会沿直线通过，所以在位置3接收到的α粒子最多，故A错误;在位置1接收到α粒子，说明α粒子发生了大角度偏折，可以推出正电荷不可能均匀分布在原子内，故B正确;由题图看出，位置2接收到的α粒子偏折程度没有位置1的大，所以位置1接收到的α粒子比位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量大，故C错误;若正电荷均匀分布在原子内，则1、2位置几乎接收不到α粒子，3位置接收得最多，故D错误。1.(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法中正确的是(

)跟踪训练BCA.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹3，说明原子中心存在原子核B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大解析

在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹如轨迹1所示，说明原子中绝大部分是空的，A项错误;极少数粒子发生超过90°的大角度偏转，B项正确;根据点电荷周围电场分布情况可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核α粒子的加速度越大，因此沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，C项正确;沿轨迹2运动的α粒子从a运动到b过程中受到斥力作用，根据电场力做功特点可知，电场力做负功，电势能增大，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，D项错误。考点二玻尔理论与能级跃迁氢原子光谱1.两类能级跃迁(1)自发跃迁:高能级(n)低能级(m)→放出能量，辐射光子，hν＝En－Em。(2)受激跃迁:低能级(m)高能级(n)→吸收能量。①光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝En－Em。②碰撞、加热等:只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E外≥En－Em。③大于电离能的光子被吸收，原子将电离。2.电离电离态:n＝∞，E＝0基态→电离态:E吸＝0－(－13.6

eV)＝13.6

eV。激发态→电离态:E吸>0－En＝|En|。

若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。

例2

(多选)(2025·八省联考山陕青宁卷，9)氢原子能级图如图所示，若大量氢原子处于n＝1，2，3，4的能级状态，已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，1eV＝1.6×10－19J，某锑铯化合物的逸出功为2.0eV，则(

)BCA.这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光B.这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014HzC.这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出D.一个动能为12.5eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态

跟踪训练2.(2024·安徽卷，1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(

)BA.1种 B.2种

C.3种 D.4种

3.(多选)(2024·重庆卷，8)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线，如图所示，则(

)BDA.Hα的波长比Hβ的小B.Hα的频率比Hβ的小C.Hβ对应的光子能量为3.4eVD.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态

1.α衰变和β衰变的比较考点三原子核的衰变及半衰期衰变类型α衰变β衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个He射出1个中子转化为1个质子和1个电子H+nHenHe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2.三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核He+2e4u较强较弱β射线电子e-eu较弱较强γ射线光子γ00更弱更强

4.衰变次数的计算方法

先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。

D

跟踪训练4.(2024·北京卷，1)已知钍234的半衰期是24天，则1g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为(

) A.0g B.0.25g C.0.5g D.0.75gB

考点四核反应及核能的计算角度核反应方程的书写

1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例α衰变自发β衰变自发

C

跟踪训练解析B角度核能的计算1.核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE＝Δm×931.5

MeV计算。因1原子质量单位(1

u)相当于931.5

MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE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。2.对质能方程的理解(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＝mc2。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。(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Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。

D

ABC

跟踪训练6.(2025·江苏名校联盟联考)我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90%，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是(

)

A

BC

提升素养能力3A级基础对点练BD对点练1

原子的核式结构1.(多选)关于卢瑟福的原子核式结构，下列叙述正确的是(

)A.原子是一个质量分布均匀的球体B.原子的质量几乎全部集中在原子核内C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D.原子直径的数量级大约是10－10m，原子核直径的数量级是10－15m解析

原子的质量几乎全部集中在原子核内，A错误，B正确;原子中，原子核带正电，核外电子带负电，C错误;原子直径的数量级是10－10

m，原子核直径的数量级是10－15

m，D正确。C对点练2

玻尔理论与能级跃迁

氢原子光谱2.(2024·江苏卷，5)在某原子发生的跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是(

)A.λ1 B.λ2

C.λ3 D.λ4解析

结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若只有一种光子可以使某金属发生光电效应，则该光子的能量最大，又由题图可知辐射的λ3光子的能量最大，所以只有λ3光子可以使该金属发生光电效应，C正确。D3.(2025·贵州黔东南模拟)如图所示，氢原子在可见光区的4条谱线(记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ)分别对应氢原子从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是(选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大)(

)解析

光谱图中谱线位置表示相应光子的波长，氢原子从n＝3、4、5、6能级分别向n＝2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n＝3、4、5、6能级分别向n＝2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以从右向左4条谱线排列越来越紧密，故D正确。D

D5.(2025·山东济南模拟)2024年1月天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体，目前已知C的同位素共有15种，其中14C是一种放射性的元素，可衰变为14N，如图所示为包含14C衰变相关信息