2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第2讲　原子结构

第2讲原子结构CONTENTS考点一01考点二0203考点三04考点四05跟踪训练·巩固提升01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。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

⁠。波长亮线光带

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。（2）氢原子光谱的实验规律▢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

偏转解析：

实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，故C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，故D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，故A正确。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。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解析：

放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，这是因

为原子发生了跃迁，同时辐射出光子形成光谱，原子在不同能级之

间跃迁时，形成不同波长的光，而形成的光谱是已经发生了跃迁的

能级形成的，由于不同能级之间发生跃迁的条件不一样，有几条光

谱线并不对应着氢原子有几个能级，由玻尔理论可知，氢原子的光

谱是一些分立的不连续的亮线是因为氢原子的能量是不连续的，辐

射的光子能量是不连续的，所以辐射的光子的频率也是不连续的，

对应的光子的波长也是不连续的，所以亮线分立并非因为氢原子有

时发光有时不发光，也不是核式结构决定了氢原子有这种分立的光

谱。故A、B、C错误，D正确。02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）不连续稳定En－Em

（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

⁠。不连续的不连续的2.能级跃迁（1）能级和半径公式：

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：▢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－Em2.电离（1）电离态：n＝∞，E＝0。（2）基态→电离态：E吸＞0－（－13.6eV）＝13.6eV。

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.【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，能量减少解析：

氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，

且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少。故选B。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＋ν3B.ν0＋ν1－ν3C.ν0－ν1＋ν3D.ν0－ν1－ν3解析：

根据原子跃迁理论和题图所示能级图可知，EⅡ－EⅠ＝

hν0，E1－EI＝hν3，E2－E1＝hν2，EⅡ－E2＝hν1，联立解得hν0＝hν1

＋hν2＋hν3，则ν2＝ν0－ν1－ν3，D正确，A、B、C错误。3.【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

03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。质子质子数自发贝克勒尔原子核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＋2e4u最

⁠最

⁠β射线

⁠

⁠－e较强较强γ射线光子γ00最

⁠最

⁠氦

强弱电

子弱强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。原子

核5.半衰期

（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”）。核内部自身的因

素无关▢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。

（

×

）√×××

2.α衰变、β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个电子衰变类型α衰变β衰变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

A.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

B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子

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

04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β衰变自发He

类型可控性核反应方程典例人工转变人工控制约里奥—居里夫

妇发现放射性同

位素，同时发现

正电子

类型可控性核反应方程典例重核裂变容易控制轻核聚变现阶段很难

控制

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＝

⁠。核子分开核子数比结合能Δmc2

Δmc2

▢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。

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解析：

（1）是α衰变，（2）是β衰变，均有能量放出，故A错

误；（3）是人工核转变，是人类第一次实现原子核转变的方程，

故B错误，C正确；利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试

的技术之一，故D正确。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.随着原子质量数的增加，原子核的比结合能增大

4.【核能的计算】（2023·全国乙卷16题）2022年10月，全球众多天

文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、

“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测

结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设

释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级

为（光速为3×108m/s）（

）A.1019kgB.1024kgC.1029kgD.1034kg

05跟踪训练·巩固提升1.关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（

）A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性123456789101112解析：

波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，

A错误；玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足

之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还

不能完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；光电效应揭示了光的

粒子性，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波

动性，质子、中子、原子和分子均具有波动性，D错误。123456789101112

A.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123456789101112

1234567891011123.（2023·天津高考3题）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的

是（

）A.核聚变需要在高温下进行B.核聚变中电荷不守恒C.太阳质量不变123456789101112

123456789101112

A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4解析：

设Y的电荷数为Z'，质量数为A'，由质量数守恒知A＋14

＝A'＋17，A'＋7＝2A，由电荷数守恒知Z＋7＝Z'＋8，Z'＋3＝2Z，

解得Z＝2，A＝4，故A、B、C错误，D正确。123456789101112

A.两次均为α衰变B.两次均为β衰变C.第1次为α衰变，第2次为β衰变D.第1次为β衰变，第2次为α衰变123456789101112

1234567891011126.（2023·湖北高考1题）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10.2

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.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123456789101112解析：

由题中氢原子的能级图可知，10.2eV的光子是由氢原子

从n＝2到n＝1能级跃迁产生的，A正确，B、C、D错误。1234567891011127.（2022·重庆高考6题）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子

的能量范围为2.53～2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10

eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，

则激发氢原子的光子能量为

（

）A.10.20eVB.12.09eVC.12.75eVD.13.06eV123456789101112解析：

由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不

辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知氢原子从n＝4能级向低能级

跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光（即从n＝4，跃迁到n＝2辐射蓝

光），则需激发氢原子到n＝4能级，激发氢原子的光子能量为ΔE＝

E4－E1＝12.75eV，故选C。1234567891011128.（多选）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电

站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了

提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说

法正确的是

（

）A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度12345678