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2025高考物理一轮总复习第16章原子结构和波粒二象性原子核第40讲原子结构与原子核课件
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这是一份2025高考物理一轮总复习第16章原子结构和波粒二象性原子核第40讲原子结构与原子核课件，共60页。PPT课件主要包含了知识梳理·易错辨析，J汤姆孙，卢瑟福，特征谱线，不连续，Em－En，不连续的，激发态，－136eV，n2r1等内容，欢迎下载使用。
一、原子结构1．电子的发现：英国物理学家__________________发现了电子。2．α粒子散射实验(1)1909—1911年，英籍物理学家__________进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有________α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示。
3．原子的核式结构原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积________，但几乎占有全部________，电子在正电体的外面运动。
二、氢原子光谱1．光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的________(频率)和强度分布的记录，即光谱。2．光谱分类有些光谱是一条条的________，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的________，这样的光谱叫作连续谱。
3．氢原子光谱的实验规律：
4．光谱分析：利用每种原子都有自己的____________可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
三、玻尔理论 能级1．玻尔的三条假设(1)定态：原子只能处于一系列________的能量状态中，在这些能量状态中原子是________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝__________。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道：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．基态和激发态原子能量最低的状态叫______，其他能量较高的状态叫________。3．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：En＝_________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝_____________。(2)氢原子的半径公式：rn＝___________(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。
四、天然放射现象和原子核1．天然放射现象放射性元素__________放出射线的现象，首先由____________发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有________的结构。2．三种射线的比较
3．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：消除静电、工业探伤、做____________等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
4．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的____________。②质量数(A)＝__________＝质子数＋中子数。(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示__________，Z表示核电荷数。
五、原子核的衰变、半衰期1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种__________的变化称为原子核的衰变。(2)分类
2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核________自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
六、核力和核能1．核力原子核内部，__________所特有的相互作用力。2．结合能核子结合为原子核时_______的能量或原子核分解为核子时_______的能量，叫作原子核的结合能。
3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝________，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝__________。
七、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。(2)典型的裂变反应方程：(3)链式反应：重核裂变产生的________使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：裂变物质能够发生____________的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：__________、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、________、防护层。2．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成____________的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫____________。(2)典型的聚变反应方程：
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。( )7．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。( )8．如果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。( )9．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。( )
(基础考点·自主探究)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．α粒子散射动能、电势能分析(1)库仑力对α粒子的做功情况当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减少。(2)α粒子的能量转化由于只有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，总能量保持不变。
【跟踪训练】 (α粒子散射实验)如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果作出的推理正确的是( )A．在位置②接收到的α粒子最多B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多
[解析] 原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置③接收到的α粒子最多，所以A项错误；在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B项正确；位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置①接收到的α粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C项错误；若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D项错误。故选B项。
(α粒子散射实验现象的解释)在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子内是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
[解析] 卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，A正确、B错误。α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变。C、D两项的说法没错，但与题意不符。
(α粒子动能、电势能分析)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是( )A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的加速度先减小后增大D．库仑力对α粒子先做正功后做负功
[解析] α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，库仑力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，B正确，A、D错误；α粒子受到的库仑力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，C错误。
(能力考点·深度研析)1．原子吸收能量的两种情况(1)光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。(2)实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收。2．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。
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－(－13.6 eV)＝13.6 eV(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。
►考向1 氢原子能级及能级跃迁
[解析] 由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm＝hν－W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。故选A。
►考向2 氢原子跃迁能量分析 (2024·山东汶上县高三阶段练习)按照玻尔原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在这些不同的能量状态中，核外电子绕原子核做半径不同的圆周运动。根据此理论可知，处于n＝3能级的某氢原子辐射一定频率的光子后跃迁到n＝2能级，则( )A．核外电子的动能减小B．氢原子系统的总能量减少C．氢原子系统的电势能增大D．氢原子系统减少的电势能等于电子增加的动能
【跟踪训练】 (两类能级跃迁)(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－ν3
[解析] 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时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故选D。
(原子吸收能量的两种情况)(多选)如图是氦离子(He＋)的能级图。通常我们认为可见光光子的能量在1.64—3.19 eV之间。按照这一标准，下列操作中可能使处于基态的氦离子辐射可见光的是( )A．用能量为48.36 eV的光子照射时B．用能量为52.89 eV的光子照射时C．用能量为53.89 eV的电子轰击时D．用能量为56.45 eV的电子轰击时
[解析] 用能量为48.36 eV的光子照射时，光子被全部吸收，氦离子跃迁到n＝3激发态，氦离子由n＝3激发态向低能级跃迁时，释放的最小能量光子为7.56 eV，不是可见光，故A错误；用能量为52.89 eV的光子照射时，光子被全部吸收，氦离子跃迁到n＝6激发态，由图可知，氦离子由n＝6激发态向低能级跃迁时，存在释放光子为可见光光子(n＝4到n＝3)，故B正确；用能量为53.89 eV或能量为56.45 eV的电子轰击时，氦离子可以吸收部分能量，可能跃迁到n＝6激发态，同理，可能辐射可见光，故C、D正确。
(基础考点·自主探究)1．三种衰变的本质(1)α衰变：原子核内的2个质子和2个中子结合成氦核放出，减少2个质子和2个中子。(2)β衰变：中子转化为1个质子放出1个电子，减少1个中子，增加1个质子。(3)γ衰变：γ射线伴随α或β衰变产生，不改变原子核的质子数和中子数。
注意：原子核衰变是原子核内部质子与中子的变化，与原子核外的电子无关。1个质子也可以变成1个中子放出正电子。
2．衰变次数的计算方法先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。3．对半衰期的理解(1)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核数和质量，N余、 m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。(2)适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。
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
[解析] 根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子(He)，三种射线的穿透能力，γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力，α射线最强，γ射线最弱。故选D。
裂变、聚变、核反应类型及核反应方程
(基础考点·自主探究)1．几种常见的核反应分类及比较
2. 核反应方程式的书写
(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。
【跟踪训练】 (核反应类型的判断)下列说法正确的是( )
[解析] 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误。
[解析] 设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故选D。
(裂变和聚变的比较)(2023·湖南卷)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是( )A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多C．核聚变的核反应燃料主要是铀235D．核聚变反应过程中没有质量亏损
对结合能和比结合能的理解 核能的计算
(能力考点·深度研析)1．对质能方程的理解(1)E＝mc2的含义：物体的总能量和它的质量成正比关系。(2)ΔE＝Δmc2的含义：释放的核能与质量亏损成正比关系，但不是转化关系。(3)对质量亏损的理解：“质量亏损”但质量数守恒，原因是每个核子的质量减小了。“质量亏损”并不是质量消失，而是由静止的质量变成运动的质量。
2．对比结合能的理解(1)比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。(2)中等质量原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小。(3)当重核分裂成中等核，或轻核结合成中等核时，核子的比结合能都增加，发生质量亏损并释放出核能。
3．计算核能的方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2；(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝质量亏损的原子质量单位数×931.5 MeV。(3)根据平均结合能来计算核能原子核的结合能＝平均结合能×核子数。(4)有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2＝2mEk的应用。
►考向1 对结合能和比结合能的理解 (多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有( )
[解析] 由质能方程可得，该核反应放出的能量ΔE＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 603)×931 MeV≈17.34 MeV，由能量守恒定律得入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5 MeV，A正确。
【跟踪训练】A．该核反应过程吸收的能量为3.16 MeVB．该核反应过程释放的能量为17.6 MeVC．x是质子，核反应吸收的能量等于质子质量乘以c2D．x是中子，核反应吸收的能量等于中子质量乘以c2
[解析] 根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知x为中子，核反应释放的能量应等于核反应前后亏损的质量乘以c2，A、C、D错误；核反应释放的能量为ΔE＝7.03×4 MeV－(1.09×2＋3×2.78)MeV＝17.6 MeV，B正确。
►考向1 两种衰变在匀强磁场中的运动轨迹的比较1．判断运动轨迹的形状根据动量守恒和左手定则，判断α、β粒子与新核运动的轨迹如下：(1)在α衰变中，α粒子和新核的运动方向相反，受磁场力方向相反，运动轨迹是外切圆，如图甲。(2)在β衰变中，β粒子和新核的运动方向相反，受磁场力方向相同，运动轨迹是内切圆，如图乙。
(多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是( )A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比B．衰变形成的两个粒子带同种电荷C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2
►考向2 动量守恒和能量守恒在核反应中的应用两个守恒定律的应用若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的新生原子核过程中满足动量守恒的条件，则m1v1＋m2v2＝m3v3＋m4v4＋…若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能，由能量守恒得
一、原子结构1．电子的发现：英国物理学家__________________发现了电子。2．α粒子散射实验(1)1909—1911年，英籍物理学家__________进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有________α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示。
3．原子的核式结构原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积________，但几乎占有全部________，电子在正电体的外面运动。
二、氢原子光谱1．光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的________(频率)和强度分布的记录，即光谱。2．光谱分类有些光谱是一条条的________，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的________，这样的光谱叫作连续谱。
3．氢原子光谱的实验规律：
4．光谱分析：利用每种原子都有自己的____________可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
三、玻尔理论 能级1．玻尔的三条假设(1)定态：原子只能处于一系列________的能量状态中，在这些能量状态中原子是________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝__________。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道：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．基态和激发态原子能量最低的状态叫______，其他能量较高的状态叫________。3．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：En＝_________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝_____________。(2)氢原子的半径公式：rn＝___________(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。
四、天然放射现象和原子核1．天然放射现象放射性元素__________放出射线的现象，首先由____________发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有________的结构。2．三种射线的比较
3．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：消除静电、工业探伤、做____________等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
4．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的____________。②质量数(A)＝__________＝质子数＋中子数。(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示__________，Z表示核电荷数。
五、原子核的衰变、半衰期1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种__________的变化称为原子核的衰变。(2)分类
2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核________自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
六、核力和核能1．核力原子核内部，__________所特有的相互作用力。2．结合能核子结合为原子核时_______的能量或原子核分解为核子时_______的能量，叫作原子核的结合能。
3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝________，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝__________。
七、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。(2)典型的裂变反应方程：(3)链式反应：重核裂变产生的________使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：裂变物质能够发生____________的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：__________、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、________、防护层。2．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成____________的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫____________。(2)典型的聚变反应方程：
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。( )7．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。( )8．如果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。( )9．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。( )
(基础考点·自主探究)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．α粒子散射动能、电势能分析(1)库仑力对α粒子的做功情况当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减少。(2)α粒子的能量转化由于只有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，总能量保持不变。
【跟踪训练】 (α粒子散射实验)如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果作出的推理正确的是( )A．在位置②接收到的α粒子最多B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多
[解析] 原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置③接收到的α粒子最多，所以A项错误；在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B项正确；位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置①接收到的α粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C项错误；若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D项错误。故选B项。
(α粒子散射实验现象的解释)在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子内是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
[解析] 卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，A正确、B错误。α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变。C、D两项的说法没错，但与题意不符。
(α粒子动能、电势能分析)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是( )A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的加速度先减小后增大D．库仑力对α粒子先做正功后做负功
[解析] α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，库仑力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，B正确，A、D错误；α粒子受到的库仑力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，C错误。
(能力考点·深度研析)1．原子吸收能量的两种情况(1)光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。(2)实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收。2．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。
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－(－13.6 eV)＝13.6 eV(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。
►考向1 氢原子能级及能级跃迁
[解析] 由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm＝hν－W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。故选A。
►考向2 氢原子跃迁能量分析 (2024·山东汶上县高三阶段练习)按照玻尔原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在这些不同的能量状态中，核外电子绕原子核做半径不同的圆周运动。根据此理论可知，处于n＝3能级的某氢原子辐射一定频率的光子后跃迁到n＝2能级，则( )A．核外电子的动能减小B．氢原子系统的总能量减少C．氢原子系统的电势能增大D．氢原子系统减少的电势能等于电子增加的动能
【跟踪训练】 (两类能级跃迁)(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－ν3
[解析] 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时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故选D。
(原子吸收能量的两种情况)(多选)如图是氦离子(He＋)的能级图。通常我们认为可见光光子的能量在1.64—3.19 eV之间。按照这一标准，下列操作中可能使处于基态的氦离子辐射可见光的是( )A．用能量为48.36 eV的光子照射时B．用能量为52.89 eV的光子照射时C．用能量为53.89 eV的电子轰击时D．用能量为56.45 eV的电子轰击时
[解析] 用能量为48.36 eV的光子照射时，光子被全部吸收，氦离子跃迁到n＝3激发态，氦离子由n＝3激发态向低能级跃迁时，释放的最小能量光子为7.56 eV，不是可见光，故A错误；用能量为52.89 eV的光子照射时，光子被全部吸收，氦离子跃迁到n＝6激发态，由图可知，氦离子由n＝6激发态向低能级跃迁时，存在释放光子为可见光光子(n＝4到n＝3)，故B正确；用能量为53.89 eV或能量为56.45 eV的电子轰击时，氦离子可以吸收部分能量，可能跃迁到n＝6激发态，同理，可能辐射可见光，故C、D正确。
(基础考点·自主探究)1．三种衰变的本质(1)α衰变：原子核内的2个质子和2个中子结合成氦核放出，减少2个质子和2个中子。(2)β衰变：中子转化为1个质子放出1个电子，减少1个中子，增加1个质子。(3)γ衰变：γ射线伴随α或β衰变产生，不改变原子核的质子数和中子数。
注意：原子核衰变是原子核内部质子与中子的变化，与原子核外的电子无关。1个质子也可以变成1个中子放出正电子。
2．衰变次数的计算方法先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。3．对半衰期的理解(1)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核数和质量，N余、 m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。(2)适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。
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
[解析] 根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子(He)，三种射线的穿透能力，γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力，α射线最强，γ射线最弱。故选D。
裂变、聚变、核反应类型及核反应方程
(基础考点·自主探究)1．几种常见的核反应分类及比较
2. 核反应方程式的书写
(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。
【跟踪训练】 (核反应类型的判断)下列说法正确的是( )
[解析] 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误。
[解析] 设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故选D。
(裂变和聚变的比较)(2023·湖南卷)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是( )A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多C．核聚变的核反应燃料主要是铀235D．核聚变反应过程中没有质量亏损
对结合能和比结合能的理解 核能的计算
(能力考点·深度研析)1．对质能方程的理解(1)E＝mc2的含义：物体的总能量和它的质量成正比关系。(2)ΔE＝Δmc2的含义：释放的核能与质量亏损成正比关系，但不是转化关系。(3)对质量亏损的理解：“质量亏损”但质量数守恒，原因是每个核子的质量减小了。“质量亏损”并不是质量消失，而是由静止的质量变成运动的质量。
2．对比结合能的理解(1)比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。(2)中等质量原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小。(3)当重核分裂成中等核，或轻核结合成中等核时，核子的比结合能都增加，发生质量亏损并释放出核能。
3．计算核能的方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2；(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝质量亏损的原子质量单位数×931.5 MeV。(3)根据平均结合能来计算核能原子核的结合能＝平均结合能×核子数。(4)有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2＝2mEk的应用。
►考向1 对结合能和比结合能的理解 (多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有( )
[解析] 由质能方程可得，该核反应放出的能量ΔE＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 603)×931 MeV≈17.34 MeV，由能量守恒定律得入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5 MeV，A正确。
【跟踪训练】A．该核反应过程吸收的能量为3.16 MeVB．该核反应过程释放的能量为17.6 MeVC．x是质子，核反应吸收的能量等于质子质量乘以c2D．x是中子，核反应吸收的能量等于中子质量乘以c2
[解析] 根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知x为中子，核反应释放的能量应等于核反应前后亏损的质量乘以c2，A、C、D错误；核反应释放的能量为ΔE＝7.03×4 MeV－(1.09×2＋3×2.78)MeV＝17.6 MeV，B正确。
►考向1 两种衰变在匀强磁场中的运动轨迹的比较1．判断运动轨迹的形状根据动量守恒和左手定则，判断α、β粒子与新核运动的轨迹如下：(1)在α衰变中，α粒子和新核的运动方向相反，受磁场力方向相反，运动轨迹是外切圆，如图甲。(2)在β衰变中，β粒子和新核的运动方向相反，受磁场力方向相同，运动轨迹是内切圆，如图乙。
(多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是( )A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比B．衰变形成的两个粒子带同种电荷C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2
►考向2 动量守恒和能量守恒在核反应中的应用两个守恒定律的应用若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的新生原子核过程中满足动量守恒的条件，则m1v1＋m2v2＝m3v3＋m4v4＋…若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能，由能量守恒得
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