第2讲　原子结构

9/9第2讲原子结构考点一原子的核式结构和氢原子光谱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。2.氢原子光谱（1）光谱：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开，获得光的（频率）和强度分布的记录，即光谱。线状谱是一条条的；连续谱是连在一起的。（2）氢原子光谱的实验规律①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式为1λ＝R∞122－1n2（n＝3，4，5，…），R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1，②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。▢判断小题1.在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞。（）2.原子中绝大部分是空的，原子核很小。（）3.核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。（）1.【电子的发现】（多选）J.J.汤姆孙的阴极射线管的示意图如图所示，下列说法正确的是（）

A.若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B.若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C.若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D.若在D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转2.【α粒子散射实验】关于α粒子散射实验，下述说法中正确的是（）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3.【氢原子光谱】如图甲所示，放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线（图乙），下列说法正确的是（）A.亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光 B.有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级C.核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱 D.光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续考点二玻尔理论能级跃迁1.玻尔理论（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。

2.能级跃迁（1）能级和半径公式：①能级公式：En＝1n2E1（n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝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。（2）氢原子的能级图，如图所示：▢判断小题1.电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能级跃迁到较高的能级。（）2.电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。（）3.玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。（）4.原子中电子的实际运动并不具有确定的轨道。（）1.跃迁条件（1）从低能级（m）高能级（n）→吸收能量，hν＝En－Em。（2）从高能级（n）低能级（m）→放出能量，hν＝En－Em。2.电离（1）电离态：n＝∞，E＝0。（2）基态→电离态：E吸＞0－（－13.6eV）＝13.6eV。（3）激发态→电离态：E吸＞0－En＝E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个求解方法①用数学中的组合知识求解：N＝Cn2＝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。

1.【原子的能量】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（）A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少2.【能级跃迁】（2023·山东高考1题）“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－ν33.【能级跃迁与光电效应的综合】氢原子能级结构示意图如图所示。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）A.逸出光电子的最大初动能为10.80eVB.从n＝3能级跃迁到n＝1能级放出的光子动量最大C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D.用0.85eV的光子照射，能使氢原子跃迁到n＝4激发态考点三原子核的衰变及半衰期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。3.三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射线核

2＋2e4u最最β射线

－－e11较强较强γ射线光子γ00最最4.原子核的衰变（1）衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种的变化称为原子核的衰变。（2）原子核的衰变分为α衰变、β衰变。（3）γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。5.半衰期（1）公式：N余＝N原12tT，m余＝m（2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由决定的，跟原子所处的外部条件（如温度、压强）和化学状态（如单质、化合物）（选填“有关”或“无关”）。▢判断小题1.三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。（）2.β衰变中的电子来源于原子核外电子。（）3.发生β衰变时，新核的电荷数不变。（）4.如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个。（）1.确定衰变次数的方法（1）设放射性元素

ZAX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素

Z'A'Y，则表示该核反应的方程为

ZAX→

Z'根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A（2）因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。

2.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程

ZAX→

Z

ZAX→

Z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2

11H＋2

0

01n→

11H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1.【三种射线】（2023·广东高考1题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应

612C＋Y→816OA.Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强 B.Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强C.Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强 D.Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强2.【半衰期的应用】宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：714N＋01n→614C＋11H，产生的

614C能自发进行β衰变，A.

614C发生β衰变的产物是B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子C.近年来由于地球的温室效应，引起

614D.若测得一古木样品的

614C含量为活体植物的14，3.【衰变次数的确定】以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（）A.核反应

92238U→

90234Th＋B.

90234Th衰变为

86222Rn，经过3次α衰变，C.原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子D.J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子的核式结构模型4.【磁场中原子核的衰变】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及核能的计算1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发

92238U→90234β衰变自发

90234Th→91人工转变人工控制

714N＋24He→＋

24He＋49Be→612

1327Al＋24约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子

1530P→1430重核裂变容易控制

92235U＋01n→56144

92235U＋01n→54136轻核聚变现阶段很难控制

12H＋13H→2.核反应方程式的书写（1）熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子（11H）、中子（01n）、α粒子（24He）、β粒子（－10e）、正电子（+1（2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。（3）由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。3.核力和核能（1）核力：原子核内部，间所特有的相互作用力。（2）结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能。（3）比结合能：原子核的结合能与之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。（4）核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝。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＝。

▢判断小题1.核力就是库仑力。（）2.原子核的结合能越大，原子核越稳定。（）3.核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生。（）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计算。因1原子质量单位（u）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”。（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。1.【核反应类型】（多选）对四个核反应方程（1）92238U→90234Th＋24He；（2）90234Th→91234Pa＋－10e；（3）714N＋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一2.【核反应方程】（2023·北京高考3题）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（）A.92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋（） C.714N＋24He→817O＋（） D.3.【比结合能的理解】（多选）如图所示的是原子核的比结合能（也称平均结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如

816O的核子比结合能约为8MeV，

24He的核子比结合能约为7MeV，A.随着原子质量数的增加，原子核的比结合能增大B.2656Fe核的比结合能最大C.把

816O分成8个质子和8个中子比把

816O