2025高考物理总复习原子结构原子核

第2讲原子结构原子核高考总复习2025考点一原子结构和氢原子光谱强基础•固本增分1.原子结构(1)电子的发现:英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子。(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,极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。

(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。

卢瑟福原来正电荷质量2.氢原子光谱(1)光谱:用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开,获得光的

(频率)和强度分布的记录,即光谱。

(2)光谱分类:①线状谱是一条条的

。

②连续谱是连在一起的

。

波长亮线光带(3)氢原子光谱的实验规律:②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。×√√√研考点•精准突破典题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10-15mBD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。典题2

关于α粒子散射实验,下述说法正确的是(

)A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回接近180°B.使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子,当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转,当α粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分,实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量A解析

在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回接近180°,所以A正确;使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核,当α粒子接近核时,核的排斥力使α粒子发生明显偏转,电子对α粒子的影响忽略不计,所以B错误;实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分,实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型,所以C错误;实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量,所以D错误。考点二玻尔理论能级跃迁强基础•固本增分1.玻尔理论(1)定态假设:电子只能处于一系列

的能量状态中,在这些能量状态中电子绕核的运动是

的,电子虽然绕核运动,但并不产生电磁辐射。(2)跃迁假设:电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em,m<n)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=

。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)

(3)轨道量子化假设: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.能级跃迁(1)能级和半径公式①能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=

eV。

②半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径,其数值为r1=0.53×10-10m。-13.6(2)氢原子的能级图,如图所示

×√××研考点•精准突破1.两类能级跃迁(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν=ΔE。(注意:当入射光子能量大于该能级的电离能时,原子对光子吸收不再具有选择性,而是吸收以后发生电离)②碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外≥ΔE。2.光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数3.电离(1)电离态:n=∞,E=0。(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。例如:氢原子从基态→电离态E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV(3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。典题3(2023山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射出频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(

)A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3D解析

根据能级图可得hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,选项A、B、C错误,D正确。典题4(2023湖北卷)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121.6nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2eV)。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.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A解析

由能级图可知n=2和n=1的能级之间的能量差为ΔE=E2-E1=-3.4

eV-(-13.6

eV)=10.2

eV,与探测到的谱线对应的光子能量相等,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。选项A正确。考点三原子核的衰变及半衰期强基础•固本增分1.天然放射现象放射性元素自发地放出

的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明原子核内部是有结构的。

2.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数。射线

3.原子核的衰变

质量数和电荷数守恒(1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种

的变化。(2)分类

半衰期是统计学概念,对少数原子核不成立(3)半衰期:放射性元素的原子核有

发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件无关。

原子核

半数

4.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。(2)应用:射线测厚仪,放射治疗,培优、保鲜,作

原子等。

(3)防护:防止放射性对人体组织的破坏。示踪

√×××研考点•精准突破1.α衰变、β衰变的比较

2.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,无半衰期可言。(2)根据半衰期的概念,可总结出公式

。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。3.衰变次数的计算方法则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上两式即可求出m和n。考向一

原子核的衰变

A解析

原子核

衰变成为稳定的原子核

,质量数减小了28,则经过了7次α衰变,中间生成的新核的质量数可能为231,227,223,219,215,211,则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数,B、C、D错误,根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,A正确。考向二

半衰期

D考点四核反应及核能的计算强基础•固本增分1.核力和核能(1)核力

短程力,只存在于相邻的核子间原子核内部,

所特有的相互作用力。

(2)核能①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=

。

②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。核子间

Δmc2

2.裂变反应和聚变反应(1)重核裂变①定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。③链式反应:重核裂变产生的

使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。

④临界体积和临界质量:核裂变物质能够发生链式反应的

体积及其相应的质量。

⑤裂变的应用:原子弹、核电站。⑥反应堆构造:核燃料、减速剂、

、防护层。

中子

最小镉棒(2)轻核聚变①定义:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在

下进行,因此又叫热核反应。

高温×√提示

4.2×109

kg解析

根据核反应过程中,释放的核能与质量亏损的关系得ΔE=Δmc2太阳每秒释放的能量为ΔE=PΔt则太阳每秒失去质量为研考点•精准突破1.核反应的四种类型

2.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×931.5MeV/u计算。因1原子质量单位(1u)相当于931.5MeV的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。考向一

核反应方程典题7(2024七省适应性测试江西物理)在恒星演化末期会发生俗称“烧石头”的核聚变反应,其核反应方程为,则(

)A.Z=26,A=52B.Z=26,A=28C.Z=14,A=52D.Z=14,A=28D解析

在核反应过程中,由核电荷数守恒和质量数守恒得Z+7×2=28,A+7×4=56,解得Z=14,A=28,故选D。考向二

核能的计算典题