文档内容
第 2 讲 原子结构 原子核
目标要求 1.知道原子的核式结构，了解氢原子光谱，掌握玻尔理论及能级跃迁规律.2.了
解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.3.认识原子核的结合能，了解核裂
变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程．
考点一 原子结构和氢原子光谱
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，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．氢原子光谱
(1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)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：
①线状谱是一条条的亮线．
②连续谱是连在一起的光带．
(3)氢原子光谱的实验规律：
①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R (n＝3,4,5，…)，R 是里德伯
∞ ∞
常量，R ＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式．
∞
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．
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．( √ )
4．发射光谱可能是连续谱，也可能是线状谱．( √ )
例1 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
答案 A
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．
考点二 玻尔理论 能级跃迁
1．玻尔理论
(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运
动是稳定的，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E)跃迁到能量较低的定态轨道(能量
n
记为E ，mn，m、n都只能取正整数)，可以判定H 、H 、H、H 的频率依
m n α β γ δ
次增大，波长依次减小，且能定量地计算出频率或波长的大小之比，故A正确，B错误；处
于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能被电离，故C错误；H 的频率大于H 的频
δ β
率，根据光电效应产生的条件可以判定，H 可以使某种金属发生光电效应，H 不一定可以
δ β
使该金属发生光电效应，故D错误．
7．(2021·全国甲卷·17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的
原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为( )A．6 B．8 C．10 D．14
答案 A
解析 由题图分析可知，核反应方程为
X→Y＋aHe＋be，
经过a次α衰变，b次β衰变，
由电荷数与质量数守恒可得
238＝206＋4a,92＝82＋2a－b，
解得a＝8，b＝6，故放出6个电子，故选A.
8．(多选)(2022·浙江1月选考·14)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6.9×1011 kW·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27.6 kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D．反应堆中存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应
答案 CD
解析 秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故 A错误；由题知原子核亏损释放的能
量一部分转化为电能，一部分转化为内能，原子核亏损的质量大于27.6 kg，故B错误；核
电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过控制中子的数量控制链式反应的速度，故
C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中等质量的核和中子，且产物有随机的两分裂、
三分裂，即存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应，故D正确．
9．(多选)铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋3n，已知原子核的比结合能与质量数的关
系如图所示，下列说法中正确的有( )A．X是中子
B．X是质子
C.U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定
D.U、Sr、Xe相比，U的质量数最大，结合能最大，最稳定
答案 AC
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，
B错误；根据题图可知，U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定，U的质量数最大，
结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误．
10．(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→
2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022
个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已
知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为( )
A．40 kg B．100 kg
C．400 kg D．1 000 kg
答案 C
解析 根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘
核反应释放的能量为E＝×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J，则相当于燃烧的标
准煤的质量为M＝ kg≈396.6 kg，约为400 kg.故选C.
11．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
答案 A
解析 放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，但电性相同，则两个粒子受
到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的运动轨迹应为外切圆；而放射性元素放出β粒子时，β
粒子与反冲核的速度相反，且电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的
运动轨迹应为内切圆，故B放出的是β粒子，A放出的是α粒子，故A正确；根据带电粒子
在磁场中的运动的半径r＝，放出的粒子与反冲核的动量相等，而反冲核的电荷量大，故轨
迹半径小，故b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹，故B、C错误；粒子在磁场中做
匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子运动的方向相反，由于 α粒子和β粒子的速度方向未知，
不能判断磁场的方向，故D错误．
12．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出
的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨迹半径为R.以m、q分别表示α粒子
的质量和电荷量．
(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程
的质量亏损Δm(光速为c)．
答案 (1)X→Y＋He (2)
(3)
解析 (1)X→Y＋He
(2)洛伦兹力提供向心力，有qv B＝m
α
所以v ＝，T＝＝
α
环形电流大小I＝＝
(3)衰变过程动量守恒，有0＝p ＋p
Y α
所以p ＝－p ，“－”表示方向相反．
Y α
因为p＝mv，E＝mv2，所以E＝
k k
即E ∶E ＝m∶M
kY kα
由能量守恒得Δmc2＝E ＋E
kY kα
Δm＝，其中E ＝mv 2＝，
kα α
所以Δm＝.
