第68讲 原子结构和原子核（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

这是一份第68讲 原子结构和原子核（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考），共20页。
\l "_Tc2153" 02、知识导图，思维引航 PAGEREF _Tc2153 \h 2
\l "_Tc21252" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc21252 \h 3
\l "_Tc23979" 考点一.原子的核式结构 PAGEREF _Tc23979 \h 3
\l "_Tc28069" 知识点一、原子的核式结构模型 PAGEREF _Tc28069 \h 3
\l "_Tc32330" 知识点二、分析原子的核式结构模型所用的规律 PAGEREF _Tc32330 \h 4
\l "_Tc1106" 考向1．α粒子散射实验现象 PAGEREF _Tc1106 \h 4
\l "_Tc7490" 考向2．α粒子散射实验分析 PAGEREF _Tc7490 \h 5
\l "_Tc6283" 考点二.玻尔理论与能级跃迁 氢原子光谱 PAGEREF _Tc6283 \h 5
\l "_Tc16088" 知识点1.两类能级跃迁 PAGEREF _Tc16088 \h 5
\l "_Tc1064" 知识点2.电离 PAGEREF _Tc1064 \h 6
\l "_Tc18819" 知识点3.原子辐射光谱线数量的确定方法 PAGEREF _Tc18819 \h 6
\l "_Tc16319" 考向1 氢原子的能级跃迁问题 PAGEREF _Tc16319 \h 6
\l "_Tc14227" 考向2 谱线条数的确定 PAGEREF _Tc14227 \h 7
\l "_Tc30762" 考向3 受激跃迁与电离 PAGEREF _Tc30762 \h 7
\l "_Tc22305" 考向4 能级跃迁与光电效应的综合 PAGEREF _Tc22305 \h 7
\l "_Tc19770" 考点三.原子核的衰变与半衰期 PAGEREF _Tc19770 \h 8
\l "_Tc4709" 知识点1.α衰变和β衰变的比较 PAGEREF _Tc4709 \h 8
\l "_Tc27437" 知识点2.三种射线的比较 PAGEREF _Tc27437 \h 9
\l "_Tc19435" 知识点3.确定衰变次数的方法 PAGEREF _Tc19435 \h 9
\l "_Tc31899" 知识点4.半衰期的理解 PAGEREF _Tc31899 \h 9
\l "_Tc30014" 知识点5.原子核在磁场中衰变后运动分析 PAGEREF _Tc30014 \h 9
\l "_Tc8434" 考点四.原子核的衰变与半衰期 PAGEREF _Tc8434 \h 10
\l "_Tc31733" 知识点1.核反应的四种类型 PAGEREF _Tc31733 \h 10
\l "_Tc13246" 知识点2.核反应方程式的书写 PAGEREF _Tc13246 \h 10
\l "_Tc18520" 知识点3.核能的计算方法 PAGEREF _Tc18520 \h 10
\l "_Tc21333" 知识点4.对质能方程的理解 PAGEREF _Tc21333 \h 11
\l "_Tc8690" 考向1 核反应生成物的分析 PAGEREF _Tc8690 \h 11
\l "_Tc18832" 考向2 核反应类型分析 PAGEREF _Tc18832 \h 11
\l "_Tc12736" 考向3 放射性同位素及其衰变 PAGEREF _Tc12736 \h 11
\l "_Tc20422" 考向4 质能方程的应用 PAGEREF _Tc20422 \h 12
\l "_Tc22245" 考向2 质能方程与动量守恒定律的综合应用 PAGEREF _Tc22245 \h 12
\l "_Tc12066" 考向3 根据比结合能曲线分析核能 PAGEREF _Tc12066 \h 13
\l "_Tc27154" 04、真题练习，命题洞见 PAGEREF _Tc27154 \h 13
考点一.原子的核式结构
知识点一、原子的核式结构模型
1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。
2．α粒子散射实验
(1)装置：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验装置如图所示。
(2)现象：实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数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．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。
知识点二、分析原子的核式结构模型所用的规律
(1)库仑定律：F＝keq \f(q1q2,r2)，可以用来确定电子和原子核、α粒子和原子核间的相互作用力。
(2)牛顿运动定律和圆周运动规律：可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题。
(3)功能关系及能量守恒定律：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题。
考向1．α粒子散射实验现象
1.(多选)α粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其实验装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．荧光屏在C位置的亮斑比在A、B位置的亮斑少
B．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
C．荧光屏在B位置的亮斑比在A位置的亮斑多
D．该实验说明原子质量均匀地分布在原子内
【答案】AB
【解析】： 根据α粒子散射实验现象，大多数α粒子通过金箔后方向不变，少数α粒子方向发生改变，极少数偏转超过90°，甚至有的被反向弹回，可知荧光屏在B位置的亮斑比在A位置少，荧光屏在C位置的亮斑比在A、B位置少，选项A正确，C错误；该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，而不是原子质量均匀地分布在原子内，选项B正确，D错误。
考向2．α粒子散射实验分析
2.1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，实验用高速的α射线轰击厚度为微米级的金箔，发现绝大多数的α粒子都照直线穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度较大的偏转，极少数α粒子偏转角大于90°，甚至观察到有些α粒子偏转角接近180°，其散射情境如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A．实验的目的是想证明原子具有核式结构模型
B．实验中α粒子穿过金箔发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用
C．极少数α粒子发生大角度偏转，是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等造成的
D．由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级
【答案】D
【解析】： 实验的目的是想验证汤姆孙的“枣糕”模型，但却成了否定它的证据，并以此提出原子核式结构模型，故A错误；实验中α粒子穿过金箔发生偏转的原因是受到原子核(带正电)对它的库仑力作用，离原子核越近，受到的库仑斥力越大，故B错误；极少数α粒子发生大角度偏转现象，是由于α粒子靠近原子核发生大角度散射，因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小，故C错误；根据α粒子散射实验可以估算金原子核的直径数量级，故D正确。
考点二.玻尔理论与能级跃迁 氢原子光谱
知识点1.两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级(n)eq \(――→,\s\up7(跃迁))低能级(m)→放出能量，发射光子，hν＝En－Em。
(2)受激跃迁：低能级(m)eq \(――→,\s\up7(跃迁))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，原子将电离。
知识点2.电离
电离态：n＝∞，E＝0
基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。
激发态→电离态：E吸＞0－En＝|En|。
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。
知识点3.原子辐射光谱线数量的确定方法
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)条。
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(n（n－1）,2)。
考向1 氢原子的能级跃迁问题
1．2022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121.6 nm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
【答案】A
【解析】：由题图可知，n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测卫星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，故选A。
考向2 谱线条数的确定
2．氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是( )
A．玻尔的原子理论认为电子绕原子核旋转的轨道是连续的
B．用能量为11 eV的光子照射处于基态的氢原子可以使之发生跃迁
C．大量处于n＝3能级的氢原子，最多可向外辐射2种不同频率的光子
D．一个处于n＝3能级的氢原子，最多可向外辐射2种不同频率的光子
【答案】D
【解析】：玻尔的原子理论指出核外电子只能在某些特定的圆形轨道上运动，所以电子绕原子核旋转的轨道是不连续的，故A错误；光子的能量为11 eV，超过了氢原子第1能级和第2能级的能量差，但小于第1能级和第3能级的能量差，故处于基态的氢原子无法吸收11 eV的光子的能量而发生跃迁，故B错误；大量处于n＝3能级的氢原子，最多可向外辐射Ceq \\al(2,3)＝3种不同频率的光子，故C错误；由于只有一个氢原子，处于n＝3的激发态向低能级跃迁时，最多只能辐射2种不同频率的光子，故D正确。
考向3 受激跃迁与电离
3．“北斗三号”采用星载氢原子钟，该钟数百万年到一千万年才有1 s 误差。氢原子的部分能级结构如图所示，则下列说法正确的是( )
A．用动能为14 eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使其跃迁到激发态
B．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大
C．某个处于基态的氢原子可以吸收12.09 eV的光子，发出3种不同频率的光
D．处于基态的氢原子只能吸收13.6 eV的能量实现电离
【答案】B
【解析】： 电子属于实物粒子，其能量可被原子吸收一部分，用动能为14 eV的电子轰击处于基态的氢原子，可以使其跃迁到激发态，选项A错误；氢原子由基态跃迁到激发态后，电场力做负功，核外电子动能减小，原子的电势能增大，选项B正确；某个处于基态的氢原子可以吸收12.09 eV 的光子，跃迁到3能级，最多能发出2种不同频率的光，选项C错误；处于基态的氢原子吸收大于或等于13.6 eV的能量可以实现电离，选项D错误。
考向4 能级跃迁与光电效应的综合
4．已知金属锌的逸出功为3.34 eV，氢原子能级分布如图所示，氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生a光，从n＝2能级跃迁到n＝1能级可产生b光。a光和b光的波长分别为λa和λb。现用a、b光分别照射到金属锌表面均可产生光电效应，遏止电压分别为Ua和Ub。下列说法中正确的是( )
A．λa