文档内容
第十三章 近代物理
近5年考情分析
考题统计
考点 等级
2022 2021 2020 2019 2018
要求 要求
光电 2021·海南卷·T3
Ⅰ
效应 2021·江苏卷·T8
2020·海南
2022·重庆卷·T6
卷·T1 2019·全
2022·北京卷·T1 2021·重庆卷·T2
2020·全国** 国** 错误 2018·北京
2022·海南卷·T11 2021·浙江1月卷·T14
错误的表达式 的表达式 卷·T13
2022·海南卷·T2 2021·浙江1月卷·T10
**卷·T19 **卷·T15 2018·海南
2022·上海卷·T14 2021·浙江1月卷·T2
2020·全国** 2019·全 卷·T4
2022·上海卷·T5 2021·北京卷·T14
错误的表达式 国** 错误 2018·江苏
2022·上海卷·T1 2021·北京卷·T1
**卷·T18 的表达式 卷·T8
2022·辽宁卷·T2 2021·全国甲卷·T17
原子 2020·全国** **卷·T14 2018·全国
2022·湖南卷·T1 2021·全国乙卷·T17
结构 错误的表达式 2019·天 ** 错误的表
Ⅱ 2022·广东卷·T5 2021·广东卷·T1
原子 **卷·T19 津卷·T19 达式 **卷
2022·山东卷·T1 2021·海南卷·T5
核 2020·天津 2019·江 ·T14
2022·全国甲卷·T17 2021·河北卷·T1
卷·T1 苏卷·T12 2018·天津
2022·浙江6月卷 2021·湖北卷·T1
2020·山东 2019·浙 卷·T14
·T14 2021·湖南卷·T1
卷·T2 江11月 2018·浙江4
2022·浙江6月卷·T7 2021·江苏卷·T1
2020·北京 卷·T15 月卷·T14
2022·浙江1月卷 2021·浙江省6月卷
卷·T2 2019·浙 2018·浙江4
·T14 ·T14
2020·江苏 江4月 月卷·T15
2021·山东卷·T1
卷·T13 卷·T15
物理观念：1.了解光电效应、波粒二象性、原子的核式结构、放射性和核衰变、核反应；2.掌握光电
效应方程、核衰变、核反应等规律；3.更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念．
核心 科学思维：1.运用光电效应方程、核衰变、核反应等规律求解问题；2.领会模型建构、科学推理、科
素养 学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用；3.运用电荷守恒和能量守恒思想分析求解原
子物理问题．
科学态度与责任：关注核技术对人类生活及社会发展的影响．
从内容来看，对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程的书写、核能的计算问题的命题比较频
命题 繁。从整体命题趋势上看。
规律
常考类型有：①光电效应现象与光电效应方程的应用；②原子核式结构；③氢原子光谱规律、能级跃
迁；④核衰变与核反应方程；⑤核能与爱因斯坦质能方程。
光电效应现象、爱因斯坦光电效应方程及其意义、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光
备考 谱、原子的能级结构、原子核的组成、核反应方程、放射性和原子核衰变、半衰期及其统计意义、放
策略 射性同位素的应用、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等．【网络构建】
专题 13.2 原子结构 原子核
【网络构建】
考点一 原子的核式结构 玻尔理论
1．α粒子散射实验
(1)α粒子散射实验装置
(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，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．
2．原子的核式结构模型
(1)α粒子散射实验结果分析
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．
③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；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；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)核式结构模型的局限性
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子
的稳定性．
3．对氢原子能级图的理解
(1)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(n＝1，2，3，…)，其中E 为基态能量，其数值为E＝－13.6 eV.
n 1 1 1
②氢原子的半径公式：r ＝n2r(n＝1，2，3，…)，其中r 为基态半径，又称玻尔半径，其数值为 r ＝
n 1 1 1
0.53×10－10 m.
(3)能级图中相关量意义的说明．
相关量 意义
能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态——定态
横线左端的数字“1，2，3…” 表示量子数
横线右端的数字“－13.6，－3.4…” 表示氢原子的能量
表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能量
相邻横线间的距离
差越小，距离越小
带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝E －E
m n
4.两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．
光子的频率ν＝＝.
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．
①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.
②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E ≥ΔE.
外
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
考点二 氢原子的能量及变化规律
氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律
1．原子能量变化规律：E＝E ＋E ＝，随n增大而增大，随n的减小而减小，其中E＝－13.6 eV.
n kn pn 1
2．电子动能变化规律
(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即k＝m，所以E＝，随r增大而减小．
k
(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小
时，库仑引力做正功，故电子的动能增大．
3．原子的电势能的变化规律
(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减
小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．
(2)利用原子能量公式E ＝E ＋E 判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电
n kn pn
势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．
考点三 原子核的衰变、半衰期
1．衰变规律及实质
(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 X→Y＋He X→ M Y＋e
Z＋1
2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子
衰变实质
2H＋2n→He n→H＋e
匀强磁场中轨
迹形状
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．
2．三种射线的成分和性质
电荷
名称 构成 符号 质量 电离能力 贯穿本领
量
α射线 氦核 He ＋2 e 4 u 最强 最弱
β射线 电子 e －e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
3.半衰期的理解
半衰期的公式：N ＝N t/τ，m ＝m t/τ.式中N 、m 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 、m
余 原 余 原 原 原 余
表示衰变后尚未发生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．
余
考点 四 核反应类型与核反应方程
1．核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
α衰变 自发 U→Th＋He
衰变
β衰变 自发 Th→Pa＋e
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
人工转变 人工控制 (查德威克发现中子)
Al＋ (约里奥·居里夫妇
He→P＋n 发现放射性同位
素，同时发现正电
P→Si＋e 子)
U＋n→Ba＋Kr＋3n
重核裂变 比较容易进行人工控制
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子
(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等．
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，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．
(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．考点 五 核能的计算
1．应用质能方程解题的流程图
(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)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位
是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．
3.核能释放的两种途径的理解
(1)使较重的核分裂成中等大小的核．
(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．
高频考点一 原子的核式结构 玻尔理论
例1、如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，
辐射出光子a；从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.以下判断正确的是 ( )
A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态
C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线
【变式训练】如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过
显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是( )
A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹
高频考点二 氢原子的能量及变化规律
例2、如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围
为1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是( )
A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eV
B．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大
C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子
D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离
【变式训练】氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是( )
A．电子旋转半径减小 B．氢原子能量增大
C．氢原子电势能增大 D．核外电子速率增大
高频考点三 原子核的衰变、半衰期
例3、国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，
决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，
当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为 He＋X→Be＋ν，方程
中X表示某种粒子，Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是( )
A．X粒子是He
B．若使Be的温度降低，其半衰期会减小
C．经过2T，一定质量的Be占开始时的
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
【变式训练】如图，匀强磁场中的O点有一静止的原子核Th发生了某种衰变，衰变方程为Th→Y＋e，反
应生成的粒子e的速度方向垂直于磁场方向．关于该衰变，下列说法正确的是( )
A.Th发生的是α衰变
B.Th发生的是β衰变C．A＝234，Z＝91
D．新核Y和粒子e在磁场中的轨迹外切于O点
高频考点四 核反应类型与核反应方程
例4、1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用半衰期为5.27年的Co放
射源进行了实验验证，次年李、杨二人获得诺贝尔物理学奖.Co的衰变方程式是：Co→Ni＋e＋(其中 是反
e e
中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零)，衰变前Co核静止，根据云室照片可以看到衰变产物Ni和
e不在同一条直线上的事实．根据这些信息可以判断( )
A.Ni的核子数A是60，核电荷数Z是28
B. 此核反应为α衰变
C.Ni与e的动量之和不可能等于零
D．衰变过程动量不守恒
【变式训练】下列核反应属于人工转变的是( )
A.Th→Pa＋e
B.He＋Be→C＋n
C.U＋n→Xe＋Sr＋10n
D.H＋H→He＋n
高频考点五 核能的计算
例5、两个氘核以相等的动能E 对心碰撞发生核聚变，核反应方程为H＋H→He＋n，其中氘核的质量为
k
m ，氦核的质量为m ，中子的质量为m.假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是(
1 2 3
)
A．核反应后氮核与中子的动量相同
B．该核反应释放的能量为E＝(2m－m－m)c2
1 2 3
C．核反应后氮核的动能为
D．核反应后中子的动能为
【变式训练】轻核聚变的一个核反应方程为：H＋H→He＋X.若已知H的质量为m，H的质量为m，He的
1 2
质量为m，X的质量为m，则下列说法中正确的是( )
3 4
A.H和H在常温下就能够发生聚变
B．X是质子
C．这个反应释放的核能为ΔE＝(m＋m－m－m)c2
1 2 3 4
D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
