第41讲　原子结构　原子核

第41讲原子结构原子核目标要求1.理解原子的核式结构模型及氢原子光谱的特点。2.理解玻尔的原子理论，理解氢原子能级特点及原子跃迁问题。3.了解天然放射现象及三种射线的性质，理解原子核的衰变规律、半衰

期的概念，并会进行有关计算。4.理解核反应的特点，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程。5.理解原子核的结合能与比结合能的概念，理解质能方程的意义并能进

行有关核能的计算。目录CONTENTS立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点课时跟踪训练立足“四层”·夯基础ccccccccccccccccccccccc双基落实1.

易错判断（1）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。

（

√

）（2）氢原子可以吸收任何能量的光子而发生跃迁。

（

×

）（3）人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。

（

×

）（4）某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。

（

×

）√×××

A.10.2

eVB.6.8

eVC.3.4

eVD.0.54

eV√解析：

赖曼系能量最小的光子是氢原子的电子从n＝2的能级跃迁至n＝

1能级产生的，其能量ΔE1＝E2－E1＝10.2

eV，巴耳末系能量最大的光子的

能量是氢原子的电子从n＝∞的能级跃迁至n＝2能级产生的，其能量ΔE2＝

E∞－E2＝3.4

eV，则赖曼系能量最小的光子与巴耳末系能量最大的光子的

能量差为ΔE＝ΔE1－ΔE2＝6.8

eV，故选B。着眼“四翼”·探考点考点一原子的核式结构氢原子光谱

1.

1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革、马斯顿一起进行了著名

的“α粒子散射实验”，实验中大量的α粒子穿过金箔前后的运动轨迹如图

所示。卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了原子的核式

结构模型。下列描述正确的是（

）A.

绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转B.

少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进C.

该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性D.

通过α粒子散射实验，估计出原子核半径的数量级约为10－15

m√

2.

（2026·辽宁阶段练习）我国科学家利用“中国散裂中子源”装置进行

金属靶实验时，用高能质子束轰击金属钨靶，有少数质子发生大角度偏

转，该现象能够说明（

）A.

质子发生大角度偏转是质子与原子中的电子碰撞造成的B.

原子中有带正电的原子核C.

原子核由质子和中子组成D.

质子受到钨原子核的库仑引力√解析：

质子质量远大于电子，与电子碰撞不会导致大角度偏转，故A错

误；大角度偏转需原子中存在集中且带正电的核（原子核），质子与原子

核的库仑斥力导致偏转，故B正确；实验现象无法直接证明原子核由质子

和中子组成，故C错误；质子与原子核均带正电，二者相互作用为斥力而

非引力，故D错误。3.

（2026·江西模拟预测）氢原子的可见光谱线图如图所示，氢原子的发

射光谱只有一些分立的亮线，氢原子只能释放或吸收特定频率的光子，玻

尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。和氢原子一样，各种原子都

有其独特的光谱，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线，

这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱，吸收光谱中的暗线对应发射光谱中的亮线。下列说法正确的是

（

）A.

玻尔理论可以解释各种原子的光谱B.

大量氢原子发出的光谱为连续光谱C.

光谱分析不能鉴别物质和确定物质的组成成分D.

同一元素的发射光谱和吸收光谱的特征谱线相同解析：

玻尔理论只能解释氢原子光谱，选项A错误；大量氢原子发出的

光谱为线状光谱，选项B错误；光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成

成分，选项C错误；同一元素的发射光谱和吸收光谱的特征谱线相同，选

项D正确。√1.

α粒子散射实验结果分析（1）绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的。（2）少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子

有斥力的正电荷。（3）极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α

粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。2.

三种光谱的比较产生条件光谱形式应用线状谱稀薄气体发光形成的一些不连续的亮线组成，不同元素的亮线光谱不同（又叫特征光谱）可用于光谱分析连续谱炽热的固体、液体和高压气体发光形成的连续分布，一切波长的光都有不能用于光谱分析吸收

光谱炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的用分光镜观察时，见到连续

光谱背景上出现一些暗线

（与特征谱线相对应）可用于光谱分析考点二

波尔理论能级跃迁1.

两类跃迁（1）自发跃迁：高能级（n）

低能级（m）→放出能量，发射光子，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，将原子电离。2.

电离的理解（1）电离态：n＝∞，E＝0。（2）基态→电离态：E吸＞0－（－13.6

eV）＝13.6

eV。（3）激发态→电离态：E吸＞0－En＝｜En｜（n＝2，3，4…）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。3.

谱线种类的确定方法（1）一个氢原子：跃迁发出可能的光谱线种类最多为（n－1）。（2）一群氢原子：跃迁发出可能的光谱线种类的两种求解方法。

②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一

画出，然后相加。

（2025·上海高考7题）一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，这些氢

原子能够自发地跃迁到n＝2的较低能量状态，R为里伯德常量，c是真空中

的光速；则在此过程中（

）D

〔多选〕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（

）A.

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n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生3种不同频率的可

见光AC

（2024·浙江6月选考10题）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处

于n＝3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为ν31、ν32和ν21的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h，光速为c，则下列说法正确的是（

）B.

频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应

装置，均产生光电子，其最大初动能之差为hν32B

考点三原子核的衰变及半衰期

α衰变、β衰变的比较两种衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一个

整体射出1个中子转化为1个质子

和1个电子衰变规律电荷数守恒、质量数守恒

A.

电荷数B.

中子数C.

质量数D.

质子数C解析：锇－160经过1次α衰变后产生的新核素质量数为156，质子数为74，

钨－156经过1次β＋衰变后质量数为156，质子数为73，可知两新核素衰变

后的新核有相同的质量数，故选C。半衰期的理解（1）半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核来说

半衰期没有实际意义。（2）半衰期大小由原子核本身的性质决定，与原子核所处的物理环境或

化学状态均无关。

半衰期的理解及应用

A.1∶4B.1∶2C.3∶4D.1∶1B

衰变次数的确定

〔多选〕（2026·安徽蚌埠模拟）科学家利用天然放射性元素的衰变规

律，通过对目前发现的古老岩石中铀含量来推算地球的年龄，铀238的相

对含量随时间的变化规律如图所示，下列说法正确的是（

）B.

由图像可知，铀238的半衰期为45亿年C.100个铀核经过90亿年，一定有75个铀核发生衰变BD

磁场中原子核的衰变与动量守恒的综合α衰变

两圆外切，α粒子

半径大β衰变

两圆内切，β粒子

半径大

在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果

得到一张两个相切圆的径迹照片，测得两个相切圆半径之比为r1∶r2＝

1∶44。则：（1）图中哪一个圆是α粒子的径迹？（说明理由）答案：

圆轨道2是α粒子的径迹，理由见解析

（2）这个原子核原来所含的质子数是多少？答案：

90

A、B是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个

放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中a、b与

c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是（

）A.

A放出的是α粒子，B放出的是β粒子B.

a为α粒子运动轨迹，d为β粒子运动轨迹C.

a轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小D.

磁场方向一定垂直纸面向外√

考点四

核反应核能的计算

核反应与核反应方程1.

四类核反应方程的比较类

型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变自发人工转变人工控制约里奥—居里夫妇发现人工放射性同位素类

型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行

人工控制轻核聚变很难控制

A.

（1）（2）式核反应没有释放能量B.

（1）（2）（3）式均是原子核衰变方程C.

（3）式是人类第一次实现原子核人工转变的方程D.

利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一CD解析：方程（1）是α衰变，方程（2）是β衰变，在反应过程中均有核能释

放，故A错误；方程（3）是第一次实现原子核的人工转变，不是衰变方

程，故B错误，C正确；利用激光可引发方程（4）代表的核聚变，是正在

尝试的技术之一，故D正确。计算核能的三种方法（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（u）相当于931.5

MeV的能量，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。核能的计算

A.

该反应有质量亏损B.

该反应为核裂变AC

（2024·浙江1月选考7题）已知氘核质量为2.0141

u，氚核质量为3.0161

u，氦核质量为4.0026

u，中子质量为1.0087

u，阿伏加德罗常数NA取

6.0×1023

mol－1，氘核摩尔质量为2

g·mol－1，1

u相当于931.5

MeV。关于

氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（

）B.

氘核的比结合能比氦核的大C.

氘核与氚核的间距达到10－10

m就能发生核聚变D.4

g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025

MeV√

课时跟踪训练1.

（2025·甘肃高考1题）利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构

和辐射特性。He＋离子相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所示。用

电子碰撞He＋离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为

50

eV，则He＋离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（

）A.

n＝4→n＝3能级B.

n＝4→n＝2能级C.

n＝3→n＝2能级D.

n＝3→n＝1能级√12345678910

12345678910

A.X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的B.X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的C.X为质子，是由核内中子转化而来的D.X为中子，是由核内质子转化而来的解析：

设X的质量数为A，电荷数为Z，核反应方程遵循质量数守恒、

电荷数守恒，则有14＝14＋A，解得A＝0，又6＝7＋Z，解得Z＝－1，则X

为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的，A正确。√123456789103.

（2025·北京高考13题）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（

）A.

已知氢原子的基态能量为－13.6

eV，则反氢原子的基态能量也为－

13.6

eVB.

一个中子可以转化为一个质子和一个正电子C.

一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子D.

反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量√12345678910

12345678910

A.

x＝1，y＝1B.

x＝1，y＝2C.

x＝2，y＝1D.

x＝2，y＝2解析：

根据质量数守恒：232＋x＝233，电荷数守恒：90＝92－y，解

得x＝1，y＝2，B正确。√12345678910

B.

该反应为核聚变反应√12345678910

12345678910

B.

该衰变过程吸收能量√12345678910

12345678910

A.

该反应属于α衰变B.

该核反应无γ射线产生C.

反应前后质量数守恒，质量也守恒D.

该核反应释放的能量为7E2＋4E3－10E1√12345678910

12345678910

A.X为电子，Y为质子B