第2讲　原子结构 2026年高考物理第一轮总复习

第十五章近代物理初步第2讲原子结构知识点一

电子的发现英国物理学家

⁠利用气体放电管对阴极射线进行了一系列实

验研究.（1）让阴极射线分别通过电场或磁场，根据

现象，证明它

是

的粒子流并求出了其比荷.（2）换用不同材料的阴极，所得粒子的

相同.（3）粒子带负电荷，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极射线粒子

质量远小于氢离子质量.（4）组成阴极射线的粒子称为

⁠.汤姆孙偏转带负电比荷的数值电子知识点二

α粒子散射实验1.

实验装置（1）放射源①钋放在带小孔的铅盒中，能放射

⁠.②α粒子：带正电，q＝

，质量约为氢原子的4倍，射出速度

可达107

m/s.α粒子＋2e

（2）金箔：厚度极小，可至

（虽然很薄但仍有几千层原

子）.（3）显微镜：能够围绕金箔的

内转动观察.（4）荧光屏：玻璃片上涂有

物质硫化锌，装在显微镜上.2.

实验结论（1）绝大多数的α粒子穿过金箔后

的方向前进.（2）少数α粒子发生了

的偏转.（3）极少数α粒子的偏转角θ超过

，甚至有极个别α粒子被反

弹回来.1微米水平面荧光仍沿原来较大90°

3.

实验意义（1）否定了

的原子结构模型.（2）提出了

模型，明确了

⁠的

数量级.汤姆孙原子核式结构原子核大小知识点三

卢瑟福的核式结构模型1.

核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫

⁠.

它集中了原子全部的

和几乎全部的

，

⁠在

核外空间运动.原子核正电荷质量电子

知识点四

光谱和光谱分析1.

定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按

⁠或频率展

开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱.2.

分类（1）线状谱：由

组成的光谱.（2）连续谱：由

的光带组成的光谱.波长一条条的亮线连续分布3.

特征谱线：原子的发射光谱都是

，且不同原子的亮

线位置

，故这些亮线称为原子的

谱线.4.

光谱分析：由于每种原子都有自己的

，可以利用它

来鉴别物质和确定物质的

，这种方法称为光谱分析，它

的优点是

高，样本中一种元素的含量达到

⁠时就

可以被检测到.线状光谱不同特征特征谱线组成成分灵敏度10－10

g

知识点五

玻尔原子理论的基本假设1.

轨道量子化：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆

周运动，服从经典力学的规律.但不同的是，电子运行轨道的半

径

，只有当

符合一定条件时，这样的

轨道才是可能的.也就是说，电子的轨道是

.电子在这些

轨道上绕核的转动是

，不产生

⁠.不是任意的半径的大小量子化的稳定的电磁辐射2.

定态：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态.原子

在不同的状态中具有不同的能量，因此，原子的能量是

⁠

的.这些

的能量值称为能级.原子中这些具有确定能量

的

，称为定态.原子处于

⁠的状态称为基

态，其他的状态称为

⁠.3.

跃迁：当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为Em）跃迁到能

量较低的定态轨道（能量记为En，m＞n）时，会放出能量为hν的光子

（h是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决

定，即

，这个式子称为

，又称

⁠

⁠.量子化量子化稳定状态最低能级激发态hν＝Em－En

频率条件辐射

条件

（1）原子中绝大部分是空的，原子核很小.

（

√

）（2）核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的.

（

√

）（3）氢原子光谱是由一条一条亮线组成的.

（

√

）（4）玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光

谱.

（

×

）（5）按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上.

（

×

）√√√××（6）人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极

射线发现电子开始的.

（

√

）√

考点1

α粒子散射实验考向1

α粒子散射现象[典例1]如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显

微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子

在各个角度的散射情况.下列说法中正确的是（

C

）CA.

在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪

光次数一样多B.

在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C.

卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果

基本相似D.

α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹解析：放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说

明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放

在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线

发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属

箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α

粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后，因库仑力作用，

且质量较大，从而出现的反弹，故D错误.考向2

α粒子散射的原因[典例2]关于α粒子散射实验，下列说法不正确的是（

A

）A.

α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中有正电荷B.

α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C.

只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎

全部质量集中在一个很小的核上D.

相同条件下，换用原子序数越小的物质做实验，沿同一偏转角散

射的α粒子越少A解析：原子显电中性，而电子带负电，所以原子中一定存在带正电的

物质，但是汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的散射现象，所以α粒

子大角度散射的主要原因不能直接说是原子中正电荷的作用，而是正

电荷集中在原子核上的原因，选项A错误，选项B正确；只有少数α粒

子发生大角度散射的结果证明原子中存在一个集中所有正电荷和几乎

所有质量的很小的原子核，选项C正确；使α粒子发生大角度散射的

原因是受到原子核的库仑斥力，所以为使散射实验现象更明显，应采

用原子序数大的金箔，若改用原子序数小的物质做实验，α粒子受到

原子核的库仑斥力小，发生大角度散射的α粒子少，选项D正确.

α粒子大角度地散射，不可能是因为金箔的原子内的电子造成

的，因为电子质量很小，只有当α粒子受到原子内正电荷很强的排斥

力时，它的运动方向才会有这样大的改变.原子中的正电荷与原子的

很大一部分质量一定集中在一个很小的核上.考点2

原子结构模型考向1

对核式结构模型的认识[典例3]下列对原子结构的认识中，错误的是（

D

）A.

原子中绝大部分是空的，原子核很小B.

电子在核外旋转，库仑力提供向心力C.

原子的全部正电荷都集中在原子核里D.

原子核的直径大约是10－10

mD考向2

核式结构模型的应用[典例4]根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，

图中虚线表示原子核所形成的电场等势线，实线表示一个α粒子的运

动轨迹.在α粒子从a运动到b再运动到c的过程中，下列说法中正确的

是（

C

）CA.

动能先增加，后减少B.

电势能先减少，后增加C.

电场力先做负功，后做正功，总功等于零D.

加速度先变小，后变大解析：α粒子与原子核之间的作用力为库仑斥力，从a→b库仑力做负

功，动能减少，电势能增加，从b→c库仑力做正功，动能增加，电势

能减少，且a→b与b→c库仑力所做的总功为0，则a、c两点动能相

等，故A、B错误，C正确；α粒子与原子核相距越近，库仑力越大，

加速度越大，故从a→b→c加速度先增大后减小，D错误.

解答原子结构问题的三大规律

（2）牛顿运动定律和圆周运动规律，可以用来分析电子绕原子

核做匀速圆周运动的问题.（3）功能关系：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原

子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题.考点3

对玻尔理论的理解[典例5]按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道

自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra＞rb，则在此过程中

（

A

）AA.

原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减

小，原子的能量也减小B.

原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减

小，原子的能量也减小C.

原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能

减小，原子的能量也减小D.

原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能

增大，原子的能量也增大

[变式1]

（2023·全国Ⅰ卷）铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发

射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10

－5

eV，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，元电荷e＝1.60×10－19

C）（

C

）A.103

HzB.106

HzC.109

HzD.1012

HzC

1.

原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于

两能级的能量差，否则不能被吸收；不存在激发到n能级时能量有

余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题.2.

原子还可以吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被

激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入

射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（E＝Em－En），就可使

原子发生能级跃迁.考点4

氢原子能级和跃迁[典例6]

（2023·湖北高考）2022年10月，我国自主研发的“夸父一

号”太阳探测卫星成功发射.该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可

用于探测波长为121.6

nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10.2

eV）.根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原

子（

A

）AA.

n＝2和n＝1能级之间的跃迁B.

n＝3和n＝1能级之间的跃迁C.

n＝3和n＝2能级之间的跃迁D.

n＝4和n＝2能级之间的跃迁解析：由图可知n＝2和n＝1的能级差之间的能量差值ΔE＝E2－E1＝

－3.4

eV－（－13.6

eV）＝10.2

eV，与探测器探测到的谱线能量相

等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁.

AA.

红外线波段的光子B.

可见光波段的光子C.

紫外线波段的光子D.X射线波段的光子

[变式3]

（双选）氢原子能级图如图所示，可见光的光子能量范围为

1.62～3.11

eV.

根据玻尔理论判断，下列说法正确的是（

AC

）ACA.

一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同

频率的光B.

大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，

最多可产生3种不同频率的光C.

大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，

由n＝5能级向n＝4能级跃迁辐射出的光子的

波长最长D.

大量处在