2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設計》一輪總復習（提升版）第2講　原子結構

第2講原子結構CONTENTS考點一01考點二0203考點三04考點四05跟蹤訓練·鞏固提升01考點一原子的核式結構和氫原子光譜1.原子結構（1）電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。（2）α粒子散射實驗：1909年，英國物理學家

?和他的助

手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數α粒子

穿過金箔后基本上仍沿

方向前進，但有少數α粒子發(fā)

生了大角度偏轉，極少數α粒子偏轉的角度甚至大于90°，也

就是說它們幾乎被“撞”了回來。（3）原子的核式結構模型：在原子中心有一個很小的核，原子全

部的

和幾乎全部

都集中在核里，帶負電

的電子在核外空間繞核旋轉。盧瑟福原來正電荷質量2.氫原子光譜（1）光譜：用棱鏡或光柵可以把物質發(fā)出的光按波長（頻率）

展開，獲得光的

（頻率）和強度分布的記錄，即

光譜。線狀譜是一條條的

?；連續(xù)譜是連在一起的

?。波長亮線光帶

②氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公

式類似的關系式。（2）氫原子光譜的實驗規(guī)律?判斷小題1.在α粒子散射實驗中，少數α粒子發(fā)生大角度偏轉是由于它跟金原子

中的電子發(fā)生了碰撞。

（

×

）2.原子中絕大部分是空的，原子核很小。

（

√

）3.核式結構模型是盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎上提出的。

（

√

）×√√1.【電子的發(fā)現(xiàn)】（多選）J.J.湯姆孫的陰極射線管的示意圖如圖所

示，下列說法正確的是

（

）A.若在D1、D2兩極板之間不加電場和磁場，則陰極射線應打到最右

端的P1點B.若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應向下偏轉C.若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應向上偏轉D.若在D1、D2兩極板之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不

偏轉解析：

實驗證明，陰極射線是高速電子流，它在電場中偏轉時應偏向帶正電的極板一側，故C正確，B錯誤；加上磁場時，電子在磁場中受洛倫茲力作用，要發(fā)生偏轉，故D錯誤；當不加電場和磁場時，電子所受的重力可以忽略不計，因而不發(fā)生偏轉，故A正確。2.【α粒子散射實驗】關于α粒子散射實驗，下述說法中正確的是（

）A.在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數α粒子穿過金箔后，仍沿原來方

向前進，少數發(fā)生了較大偏轉，極少數偏轉超過90°，有的甚至被

彈回接近180°B.使α粒子發(fā)生明顯偏轉的力來自帶正電的核及核外電子，當α粒子接

近核時是核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉，當α粒子接近電子時，

是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉C.實驗表明原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分，

實驗事實肯定了湯姆孫的原子結構模型D.實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質量解析：

在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數α粒子穿過金箔后，仍

沿原來方向前進，少數發(fā)生了較大偏轉，極少數偏轉超過90°，有

的甚至被彈回接近180°，所以A正確；使α粒子發(fā)生明顯偏轉的力是

來自帶正電的核，當α粒子接近核時，核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯

偏轉，電子對α粒子的影響忽略不計，所以B錯誤；實驗表明原子中

心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分，實驗事實否定了

湯姆孫的原子結構模型，所以C錯誤；實驗表明原子中心的核帶有

原子的全部正電及絕大部分質量，所以D錯誤。3.【氫原子光譜】如圖甲所示，放電管兩端加上高壓，管內的稀薄氣

體會發(fā)光，從其中的氫氣放電管觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有一

些分立的不連續(xù)的亮線（圖乙），下列說法正確的是

（

）A.亮線分立是因為氫原子有時發(fā)光，有時不發(fā)光B.有幾條譜線，就對應著氫原子有幾個能級C.核式結構決定了氫原子有這種分立的光譜D.光譜不連續(xù)對應著氫原子輻射光子能量的不連續(xù)解析：

放電管兩端加上高壓，管內的稀薄氣體會發(fā)光，這是因

為原子發(fā)生了躍遷，同時輻射出光子形成光譜，原子在不同能級之

間躍遷時，形成不同波長的光，而形成的光譜是已經發(fā)生了躍遷的

能級形成的，由于不同能級之間發(fā)生躍遷的條件不一樣，有幾條光

譜線并不對應著氫原子有幾個能級，由玻爾理論可知，氫原子的光

譜是一些分立的不連續(xù)的亮線是因為氫原子的能量是不連續(xù)的，輻

射的光子能量是不連續(xù)的，所以輻射的光子的頻率也是不連續(xù)的，

對應的光子的波長也是不連續(xù)的，所以亮線分立并非因為氫原子有

時發(fā)光有時不發(fā)光，也不是核式結構決定了氫原子有這種分立的光

譜。故A、B、C錯誤，D正確。02考點二玻爾理論能級躍遷1.玻爾理論（1）定態(tài)假設：原子只能處于一系列

的能量狀態(tài)中，

在這些能量狀態(tài)中電子繞核的運動是

的，電子雖然

繞核運動，但并不產生電磁輻射。（2）躍遷假設：電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為En）躍

遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Em，m＜n）時，會放出

能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差

決定，即hν＝

。（h是普朗克常量，h＝6.63×10－

34J·s）不連續(xù)穩(wěn)定En－Em

（3）軌道量子化假設：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周

軌道繞核運動相對應。原子的定態(tài)是

，因此電

子的可能軌道也是

?。不連續(xù)的不連續(xù)的2.能級躍遷（1）能級和半徑公式：

②半徑公式：rn＝n2r1（n＝1，2，3，…），其中r1為基態(tài)軌

道半徑，其數值為r1＝0.53×10－10m。－13.6

（2）氫原子的能級圖，如圖所示：?判斷小題1.電子吸收某種頻率條件的光子時會從較低的能級躍遷到較高的能

級。

（

√

）2.電子能吸收任意頻率的光子發(fā)生躍遷。

（

×

）3.玻爾的原子理論模型可以很好地解釋氦原子的光譜現(xiàn)象。

（

×

）4.原子中電子的實際運動并不具有確定的軌道。

（

√

）√××√1.躍遷條件（1）從低能級（m）

高能級（n）→吸收能量，hν＝En－Em。（2）從高能級（n）

低能級（m）→放出能量，hν＝En－Em2.電離（1）電離態(tài)：n＝∞，E＝0。（2）基態(tài)→電離態(tài)：E吸＞0－（－13.6eV）＝13.6eV。

若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶

動能。

3.譜線種類的確定方法（1）一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線種類最多為（n－1）。（2）一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線種類的兩個求解方法

1.【原子的能量】氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子（

）A.放出光子，能量增加B.放出光子，能量減少C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量減少解析：

氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子放出光子，

且放出光子的能量等于兩能級之差，能量減少。故選B。2.【能級躍遷】（2023·山東高考1題）“夢天號”實驗艙攜帶世界首

套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導航定位、深空

探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體

系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然

后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定

條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，

最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產生的鐘激光的頻

率ν2為

（

）A.ν0＋ν1＋ν3B.ν0＋ν1－ν3C.ν0－ν1＋ν3D.ν0－ν1－ν3解析：

根據原子躍遷理論和題圖所示能級圖可知，EⅡ－EⅠ＝

hν0，E1－EI＝hν3，E2－E1＝hν2，EⅡ－E2＝hν1，聯(lián)立解得hν0＝hν1

＋hν2＋hν3，則ν2＝ν0－ν1－ν3，D正確，A、B、C錯誤。3.【能級躍遷與光電效應的綜合】氫原子能級結構示意圖如圖所示。

大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子，用這

些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是（

）A.逸出光電子的最大初動能為10.80eVB.從n＝3能級躍遷到n＝1能級放出的光子動量最大C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產生光電效應D.用0.85eV的光子照射，能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)

03考點三原子核的衰變及半衰期1.原子核的組成：原子核是由

和中子組成的，原子核的電荷

數等于核內的

?。2.天然放射現(xiàn)象放射性元素

地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由

?發(fā)

現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明

?具有復雜的結構。質子質子數自發(fā)貝克勒爾原子核3.三種射線的比較名稱構成符號電荷量質量電離能力貫穿本領α射線

?

核＋2e4u最

?最

?β射線

?

?－e較強較強γ射線光子γ00最

?最

?氦

強弱電

子弱強4.原子核的衰變（1）衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種

?

?的變化稱為原子核的衰變。（2）原子核的衰變分為α衰變、β衰變。（3）γ射線：γ射線經常是伴隨著α衰變或β衰變同時產生的。原子

核5.半衰期

（2）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由

?

決定的，跟原子所處的外部條件（如溫度、壓強）和化

學狀態(tài)（如單質、化合物）

（選填“有關”或“無

關”）。核內部自身的因

素無關?判斷小題1.三種射線按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射

線。

（

√

）2.β衰變中的電子來源于原子核外電子。

（

×

）3.發(fā)生β衰變時，新核的電荷數不變。

（

×

）4.如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經過一個半衰期后

還剩50個。

（

×

）√×××

2.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質2個質子和2個中子結合成

一個整體射出1個中子轉化為1個質子和

1個電子衰變類型α衰變β衰變勻強磁場中軌跡形狀

衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒

A.Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強B.Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強C.Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強D.Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強

B.β衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子

4.【磁場中原子核的衰變】A、B是兩種放射性元素的原子核，原來

都靜止在同一勻強磁場，其中一個放出α粒子，另一個放出β粒子，

運動方向都與磁場方向垂直。圖中a、b與c、d分別表示各粒子的運

動軌跡，下列說法中正確的是

（

）A.A放出的是α粒子，B放出的是β粒子B.a為α粒子運動軌跡，d為β粒子運動軌跡C.a軌跡中的粒子比b軌跡中的粒子動量小D.磁場方向一定垂直紙面向外

04考點四核反應及核能的計算1.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)He

類型可控性核反應方程典例人工轉變人工控制約里奧—居里夫

婦發(fā)現(xiàn)放射性同

位素，同時發(fā)現(xiàn)

正電子

類型可控性核反應方程典例重核裂變容易控制輕核聚變現(xiàn)階段很難

控制

3.核力和核能（1）核力：原子核內部，

?間所特有的相互作用力。（2）結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它

們

需要的能量，叫作原子的結合能，也叫核能。（3）比結合能：原子核的結合能與

之比，叫作比結合

能，也叫平均結合能。

越大，原子核中核子結

合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。（4）核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損Δm，其對應的能量ΔE

＝

。原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應

的質量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝

?。核子分開核子數比結合能Δmc2

Δmc2

?判斷小題1.核力就是庫侖力。

（

×

）2.原子核的結合能越大，原子核越穩(wěn)定。

（

×

）3.核反應中，出現(xiàn)質量虧損，一定有核能產生。

（

√

）××√

核能的計算方法（1）根據ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c的單位是

“m/s”，ΔE的單位是“J”。（2）根據ΔE＝Δm×931.5MeV計算。因1原子質量單位（u）相當于

931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是

“MeV”。（3）根據核子比結合能來計算核能：原子核的結合能＝核子比結合

能×核子數。

A.（1）（2）式核反應沒有釋放能量B.（1）（2）（3）式均是原子核衰變方程C.（3）式是人類第一次實現(xiàn)原子核轉變的方程D.利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術之一解析：

（1）是α衰變，（2）是β衰變，均有能量放出，故A錯

誤；（3）是人工核轉變，是人類第一次實現(xiàn)原子核轉變的方程，

故B錯誤，C正確；利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試

的技術之一，故D正確。2.【核反應方程】（2023·北京高考3題）下列核反應方程中括號內的

粒子為中子的是

（

）

A.隨著原子質量數的增加，原子核的比結合能增大

4.【核能的計算】（2023·全國乙卷16題）2022年10月，全球眾多天

文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、

“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測

結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048J。假設

釋放的能量來自于物質質量的減少，則每秒鐘平均減少的質量量級

為（光速為3×108m/s）（

）A.1019kgB.1024kgC.1029kgD.1034kg

05跟蹤訓練·鞏固提升1.關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（

）A.盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律C.光電效應揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性123456789101112解析：

波爾的量子化模型很好地解釋了原子光譜的分立特征，

A錯誤；玻爾的原子理論成功的解釋了氫原子的分立光譜，但不足

之處，是它保留了經典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念，還

不能完全揭示微觀粒子的運動規(guī)律，B錯誤；光電效應揭示了光的

粒子性，C正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證實了電子的波

動性，質子、中子、原子和分子均具有波動性，D錯誤。123456789101112

A.紅外線波段的光子B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子D.X射線波段的光子123456789101112

1234567891011123.（2023·天津高考3題）關于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的

是（

）A.核聚變需要在高溫下進行B.核聚變中電荷不守恒C.太陽質量不變123456789101112

123456789101112

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

設Y的電荷數為Z'，質量數為A'，由質量數守恒知A＋14

＝A'＋17，A'＋7＝2A，由電荷數守恒知Z＋7＝Z'＋8，Z'＋3＝2Z，

解得Z＝2，A＝4，故A、B、C錯誤，D正確。123456789101112

A.兩次均為α衰變B.兩次均為β衰變C.第1次為α衰變，第2次為β衰變D.第1次為β衰變，第2次為α衰變123456789101112

1234567891011126.（2023·湖北高考1題）2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”

太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用

于探測波長為121.6nm的氫原子譜線（對應的光子能量為10.2

eV）。根據如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫

原子（

）A.n＝2和n＝1能級之間的躍遷B.n＝3和n＝1能級之間的躍遷C.n＝3和n＝2能級之間的躍遷D.n＝4和n＝2能級之間的躍遷123456789101112解析：

由題中氫原子的能級圖可知，10.2eV的光子是由氫原子

從n＝2到n＝1能級躍遷產生的，A正確，B、C、D錯誤。1234567891011127.（2022·重慶高考6題）如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍光光子

的能量范圍為2.53～2.76eV，紫光光子的能量范圍為2.76～3.10

eV。若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，

則激發(fā)氫原子的光子能量為

（

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

由題知使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不

輻射紫光，則由藍光光子能量范圍可知氫原子從n＝4能級向低能級

躍遷可輻射藍光，不輻射紫光（即從n＝4，躍遷到n＝2輻射藍

光），則需激發(fā)氫原子到n＝4能級，激發(fā)氫原子的光子能量為ΔE＝

E4－E1＝12.75eV，故選C。1234567891011128.（多選）2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電

站累計發(fā)電約6.9×1011kW·h，相當于減排二氧化碳六億多噸。為了

提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱。下列說

法正確的是

（

）A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B.秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質量約為27.6kgC.核電站反應堆中需要用鎘棒控制鏈式反應的速度12345678