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原子结构 原子核讲义（学霸版）
课程简介：PPT(第 1 页)：同学好，我们又见面了，上次课讲的内容
巩固好了么，要是感觉有什么问题，可以课后和我联系，我们今天的
内容是关于原子结构 原子核的相关概念和知识点，让我们来一起看
一下。
PPT(第 2 页):原子结构 原子核部分是选修 3-5 的重点内容，主要考
察内容就是原子和原子核结构、质能方程、能级跃迁等重要知识点，
同学要重视条件和特点，在这个基础上进行题型巩固。
PPT(第 3 页):我们看一下目录，还是老样子，梳理知识体系和解决经
典问题实例。
PPT(第 4 页)：我们先来看一下知识体系的梳理部分。
PPT(第 5 页)：这是我们关于原子结构 原子核的总框架。
PPT(第 6 页)：OK，我们先说一下氢原子光谱、氢原子的能级、能级
公式。
1.原子的核式结构
(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：1909～1911 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，实验发现绝大多数α粒子穿过金
箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数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。
(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，带负电的电子在核外空间绕核
旋转。
2.光谱
(1)光谱
用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(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亮线，这样的光谱叫做线状谱。
有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。
PPT(第 7 页)：再看一下接下来的内容：
3.玻尔理论
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状
态中原子是稳定的，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＝Em－
En。(h 是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·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。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。
4.氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级
能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E ＝E /n2 (n＝1，2，3，…)，其中 E 为基态
n 1 1
能量，其数值为 E ＝－13.6eV。
1
②氢原子的半径公式：r ＝n2r (n＝1，2，3，…)，其中 r 为基态半
n 1 1
径，又称玻尔半径，其数值为 r ＝0.53×10－10m。
1
PPT(第 8 页):好，我们再来看看原子核的组成、放射性、原子核的衰
变、半衰期、放射性同位素。
1.原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等
于核内的质子数。
2.天然放射现象
(1)天然放射现象
元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的
发现，说明原子核具有复杂的结构。
(2)放射性和放射性元素
物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放
射性元素。
(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、
β射线、γ射线。
(4)放射性同位素的应用与防护
①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放
射性同位素的化学性质相同。
②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。
③防护：防止放射性对人体组织的伤害。PPT(第 9 页)：3.原子核的衰变
(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称
为原子核的衰变。
(2)分类
α衰变：ZAX→Z-2A-4Y＋24He
β衰变：ZAX→Z+1AY＋-10e
两个典型的衰变方程。
①α衰变：92238U→90234Th＋24He；
②β衰变：90234Th→91234Pa＋-10e；
（3）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半
衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。
PPT(第 10 页)：再看一下核力、结合能、质量亏损，
1.核力
(1)定义：
原子核内部，核子间所特有的相互作用力。
(2)特点：
①核力是强相互作用的一种表现；
②核力是短程力，作用范围在 1.5×10－15m 之内；
③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。
2.结合能
核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，
叫做原子核的结合能，亦称核能。PPT(第 11 页)：再看一下接下来的内容
3.比结合能
(1)定义：
原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，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＝mc2，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＝Δmc2。
PPT(第 12 页)：接下来是裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 核反应
方程。
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：
235U＋ 1n→ 89Kr＋ 144Ba＋3 1n。
92 0 36 56 0
(3)链式反应：由重核裂变产生的中子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：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及
其相应的质量。(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。
(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。
2.轻核聚变
(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必
须在高温下进行，因此又叫热核反应。
(2)典型的聚变反应方程：
2H＋ 3H→ 4He＋ 1n＋17.6 MeV
1 1 2 0
PPT(第 13 页)：再看一下相关的考点（氢原子能级及能级跃迁、原子
核的衰变及半衰期、核反应方程及核反应类型），先说一下氢原子能
级及能级跃迁的内容。
1.定态间的跃迁——满足能级差
跃迁
(1)从低能级(n )――→高能级（n ）―→吸收能量。
小 大
hν＝E －E
n大 n小
跃迁
(2)从高能级(n )――→低能级（n ）―→放出能量。
大 小
hν＝E －E
n大 n小
2.电离
电离态与电离能
电离态：n＝∞，E＝0
基态→电离态：E ＝0－（－13.6 eV）＝13.6 eV 电离能。
吸
n＝2→电离态：E ＝0－E＝3.4 eV
吸 2
如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。
PPT(第 14 页)：(1)α衰变和β衰变的比较衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 MX→M－4Y＋4He MX→M Y＋ 0 e
Z Z－2 2 Z Z＋1 －1
2个质子和2个中子结合成
中子转化为质子和电子
衰变实质 一个整体射出
21H＋21n→4He 1n→1H＋ 0 e
1 0 2 0 1 －1
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。
PPT(第 15 页)：2.三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领
α射线 氦核 4He ＋2 e 4 u 最强 最弱
2
1
β射线 电子 0e －e u 较强 较强
－1 1 837
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
3.半衰期的理解
1 1
t/τ t/τ
半衰期的公式：N ＝N 2 ，m ＝m 2 。式中N 、m 表示
余 原 余 原 原 原
衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 、m 表示衰变后尚未发生
余 余
衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。
PPT(第 16 页)：再看一下核反应方程及核反应类型的内容。
类 型 可控性 核反应方程典例
衰 α衰变 自发 238U―→234Th＋4He
92 90 2
变 β衰变 自发 234Th―→234Pa＋ 0e
90 91 －1
人工转变 人工控制 14N＋4He―→17O＋1H(卢瑟福发现质子)
7 2 8 14He＋9Be―→12C＋1n(查德威克发现中子)
2 4 6 0
27Al＋4He―→30P＋1n 约里奥·居里夫妇发
13 2 15 0
现放射性同位素，同
30P―→30Si＋ 0e
15 14 ＋1
时发现正电子
比较容易进 235U＋1n―→144Ba＋89Kr＋31n
92 0 56 36 0
重核裂变
行人工控制 235U＋1n―→136Xe＋90Sr＋101n
92 0 54 38 0
轻核聚变 很难控制 2H＋3H―→4He＋1n
1 1 2 0
PPT(第 17 页)：这是我们的总图，因为图片有点大，可以下载原图下
来进行研究。
PPT(第 18 页)：接下来我们来一起看一下经典题型部分，注意我们在
梳理过程中，也应该将我们经常遇到的经典知识点也梳理上去，这样
才能既梳理巩固清楚知识体系，也能清楚出题目的方向。
PPT(第 19—20 页)：第 1 题和答案。
PPT(第 21—22 页)：第 2 题和答案。
PPT(第 23—24 页)：第 3 题和答案。
PPT(第 25 页)：回顾落实。看完视频题目后，有没有学会如何运用知
识体系来解题？我们再次总结一下梳理知识体系的重要性吧。
PPT(第 26 页)：再来回顾下我们的要点：
①能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hν＝Em－En 求得。
若求波长可由公式 c＝λν求得；
②一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)；
③8 个概念——能级、基态、激发态、半衰期、结合能、比结合能、裂变、聚变。
在这中间我们有些小小的提醒：
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玻尔原子模型中假设电子是绕着原子核在一个固定轨道上运动。
PPT(第 27 页)：课后作业布置，请认真完成我们准备的题目，因为对
应的题型可以充分的对咱们学习内容进行很好的巩固和加强，所有题
目难度不是太大，但是是对所学内容非常好的融汇与渗透，也是对学
习效果非常好的检验。在解答过程中一定要仔细哦。
PPT(第 28 页)：谢谢同学，我们下次再见！
