第2讲 原子结构　原子核 课件-2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“原子结构 原子核”专题，依据课程标准覆盖原子核式结构、氢原子光谱、玻尔理论、原子核衰变及核反应等核心考点，通过知识梳理、重难点分析及易错点判断，对接高考评价体系，归纳能级跃迁计算、核反应方程书写等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“高考真题解析+核心素养培养”，如通过2025浙江卷α粒子散射实验题培养科学思维，结合氢原子能级跃迁例题强化物理观念，提供衰变次数确定、核能计算等技巧，助力学生掌握答题方法，教师可依托课时跟踪练实现高效复习，提升冲刺效果。

高考总复习 物理 人教版 第2讲　原子结构　原子核 索引 考点1 考点2 课时跟踪练 考点3 考点4 返回导航 第十六章　近代物理初步 课程标准　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,能根据质量数守恒、电荷数守恒写出核反应方程。 返回导航 第十六章　近代物理初步 01 考点1　原子结构和氢原子光谱 返回导航 第十六章　近代物理初步 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________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______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______和几乎全部______都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。 卢瑟福 原来 正电荷 质量 返回导航 第十六章　近代物理初步 2.氢原子光谱 (1)光谱:用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得光的______ (频率)和强度分布的记录,即光谱。 线状谱是一条条的______;连续谱是连在一起的______。 (2)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,其波长公式为=R∞(-)(n=3,4,5,…),R∞叫作里德伯常量,R∞=1.10×107 m-1,n为整数,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。 波长 亮线 光带 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.α粒子散射实验 (1)实验装置(如图所示):α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏。 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进。 ②少数α粒子发生了大角度偏转。 ③极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°,也就是说,它们几乎被“撞了回来”。 (3)实验意义:卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了J.J.汤姆孙的原子模型,建立了核式结构模型。 返回导航 第十六章　近代物理初步 2.原子的核式结构模型 (1)α粒子散射实验结果分析 ①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。 ②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。 ③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)原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外绕核旋转。 返回导航 第十六章　近代物理初步 3.氢原子光谱的特点 在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离越来越小,表现出明显的规律性。 返回导航 第十六章　近代物理初步 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.人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家J.J.汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。( ) √ × √ √ 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2025·浙江6月卷)一束α粒子撞击一静止的金原子核,它们的运动轨迹如图所示。图中虚线是以金原子核为圆心的圆。已知静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,元电荷e=1.6×10-19 C,金原子序数为79,不考虑α粒子间的相互作用,则(　　) 返回导航 第十六章　近代物理初步 A.沿轨迹1运动的α粒子受到的库仑力先做正功,后做负功 B.沿轨迹2运动的α粒子到达P时动能为零,电势能最大 C.位于图中虚线圆周上的3个α粒子的电势能不相等 D.若α粒子与金原子核距离为10-14 m,则库仑力数量级为102 N 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　沿轨迹1运动的α粒子受到的库仑力先做负功,后做正功,A错误;沿轨迹2运动的α粒子因为做曲线运动,则到达P时动能不为零,因距离原子核最近,则电势能最大,B错误;位于题图中虚线圆周上各点的电势都相等,可知虚线圆周上的3个α粒子的电势能相等,C错误;若α粒子与金原子核距离为10-14 m,则根据库仑定律可知库仑力F=k=9×109× N≈364 N,即数量级为102 N,D正确。 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2026·安徽亳州开学考)1885年瑞士科学家巴耳末对氢原子可见光区的谱线做了分析,总结出其波长公式=R∞(-),n=3,4,5,…,称为巴耳末系。1906年,赖曼发现了氢原子紫外区的赖曼系谱线,其波长满足公式=R∞(1-),n=2,3,4,5,…,两公式中的R∞为里德伯常量,则巴耳末线系中能量最小的光子的频率与赖曼系中能量最大的光子频率之比为(　　) A.5∶36　　　　　　　　　　 B.5∶27 C.3∶4 D.1∶4 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　巴耳末系中由n=3能级跃迁到n=2能级的光子能量最小,则=R∞(-)=R∞,赖曼系中由n=∞能级跃迁到n=1能级的光子能量最大,则=R∞(1-0)=R∞,根据ε=hν=h,故光子的频率之比为==。故选A。 返回导航 第十六章　近代物理初步 02 考点2　玻尔理论　能级跃迁 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.玻尔理论 (1)定态假设:电子只能处于一系列_______的能量状态中,在这些能量状态中电子绕核的运动是______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En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em,m<n)时,会放出能量为hν的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=______ (h是普朗克常量,h=6.63× 10-34 J·s)。 不连续 稳定 En-Em 返回导航 第十六章　近代物理初步 (3)轨道量子化假设: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______________,因此电子的可能轨道也是 _____________。 不连续的 不连续的 返回导航 第十六章　近代物理初步 2.能级跃迁 (1)能级和半径公式 ①能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=______ eV。 ②半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径,其数值为 r1=0.53×10-10 m。 (2)氢原子能级图(如图所示) -13.6 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.跃迁条件 (1)从低能级(m) 高能级(n) ：吸收能量,hν=En-Em。 (2)从高能级(n) 低能级(m)：放出能量,hν=En-Em。 2.电离 (1)电离态:n=∞,E=0。 (2)基态→电离态:E吸>0-(-13.6 eV)=13.6 eV。 (3)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。 返回导航 第十六章　近代物理初步 3.谱线种类的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线种类最多为(n-1)。 (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线种类的两个求解方法: ①用数学中的组合知识求解:N==。 ②利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能级跃迁到较高的能级。( ) 2.电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。( ) 3.玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。( ) 4.原子中电子的实际运动并不具有确定的轨道。( ) √ × × √ 返回导航 第十六章　近代物理初步 (多选)如图所示为氢原子的能级图,下列说法正确的是(　　) A.从n=3能级跃迁到n=2能级时,电子的动能会变大,电势能会减小 B.一群处在量子数n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁时,波长最短的光是从n=4向n=3跃迁时产生的 C.一个处于n=6激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可能发出5种不同频率的光子 D.用能量为12 eV的电子轰击处于基态的氢原子,不可能使氢原子发生能级跃迁 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　从n=3能级跃迁到n=2能级时,电子的轨道半径减小,根据k=m,解得Ek=mv2=,则电子的动能会变大,电势能会减小,故A正确;氢原子从n=4向n=3跃迁时产生的光子的能量最小,由εr=h=可知,光的频率最小,波长最长,故B错误;一个处于n=6激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可能发出5条光谱线,即6→5,5→4,4→3,3→2,2→1,故C正确;用能量为12 eV的电子轰击处于基态的氢原子,由于E2-E1=-3.4 eV -(-13.6 eV)=10.2 eV,可知氢原子可以吸收电子的一部分能量发生能级跃迁,故D错误。 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2025·甘肃卷)利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He+离子相对基态的能级图(设基态能量为0)如图所示。用电子碰撞He+离子使其从基态激发到可能的激发态,若所用电子的能量为50 eV,则He+离子辐射的光谱中,波长最长的谱线对应的跃迁为(　　) A.n=4→n=3能级　　　　 B.n=4→n=2能级 C.n=3→n=2能级 D.n=3→n=1能级 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　根据题意可知,用能量为50 eV的电子碰撞基态的He+离子,可使He+离子跃迁到n=3能级和n=2能级,由ΔE=En-Em=h=h,可知波长最长的谱线对应的跃迁为n=3→n=2能级。故选C。 返回导航 第十六章　近代物理初步 03 考点3　原子核的衰变及半衰期 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.原子核的组成:原子核是由______和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的________。 2.天然放射现象 放射性元素______地发出射线的现象,首先由____________发现。天然放射现象的发现,说明______具有复杂的结构。 质子 质子数 自发 贝克勒尔 原子核 返回导航 第十六章　近代物理初步 3.三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 ______核 +2e 4 u 最______ 最______ β射线 ______ -e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最______ 最______ 氦 强 弱 电子 弱 强 返回导航 第十六章　近代物理初步 4.原子核的衰变 (1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种________的变化称为原子核的衰变。 (2)原子核的衰变分为α衰变、β衰变。 (3)γ射线:γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。 原子核 返回导航 第十六章　近代物理初步 5.半衰期 (1)公式:N余=N原(,m余=m原(。 (2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由__________________决定的,跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)______ (填“有关”或“无关”)。 核内部自身的因素 无关 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素,则表示该核反应的方程为→+He+e。 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 。 (2)因为β衰变对质量数无影响,先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。 返回导航 第十六章　近代物理初步   α衰变 β衰变 衰变方程     衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子     2.α衰变、β衰变的比较 返回导航 第十六章　近代物理初步   α衰变 β衰变 匀强磁场中轨迹形状     衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。( ) 2.β衰变中的电子来源于原子核外电子。( ) 3.发生β衰变时,新核的电荷数不变。( ) 4.如果现在有100个某放射性元素的原子核,那么经过一个半衰期后还剩50个。( ) × × √ × 返回导航 第十六章　近代物理初步 (多选)科学家利用天然放射性元素的衰变规律,通过对目前发现的古老岩石中的铀含量来推算地球的年龄,铀238的相对含量随时间的变化规律如图所示,下列说法正确的是(　　) 返回导航 第十六章　近代物理初步 A.铀238发生α衰变的方程为 B.测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半,可推算出地球的年龄约为45亿年 C.2 000个铀核经过90亿年,一定还有500个铀核未发生衰变 D.铀238U)最终衰变形成铅206Pb),需经8次α衰变,6次β衰变 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　铀238发生α衰变的方程为 ,选项A错误;测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半,即经过了一个半衰期,可推算出地球的年龄约为45亿年,选项B正确;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数的原子核衰变不适用,选项C错误;铀238U)最终衰变形成铅206(),α衰变的次数为=8次,β衰变的次数为82+2×8-92=6次,选项D正确。 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2025·河南卷)由于宇宙射线的作用,在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比,可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中,研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的,则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为(　　) A.1∶4　　　　　　　　 B.1∶2 C.3∶4 D.1∶1 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　采集时原子个数设为xBe原子个数设为y,由题意可知,经过106天Be经历两个半衰期,原子个数变为原来的四分之一,Be不考虑衰变,原子个数保持不变,已知总数变为原来的,则有=,解得=,B正确。 返回导航 第十六章　近代物理初步 04 考点4　核反应及核能的计算 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰 变 α衰变 自发 +_____ β衰变 自发 + 人工转变 人工控制 He→ H(卢瑟福发现质子) Be→n(查德威克发现中子)  + 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子 +__________ 返回导航 第十六章　近代物理初步 类型 可控性 核反应方程典例 重核裂变 容易控制 Un→BaKr+n n→Sr+_____ 轻核聚变 现阶段 很难控制 H→______n+17.6 MeV 返回导航 第十六章　近代物理初步 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)掌握核反应方程遵循的规律:质量数守恒,电荷数守恒。 (3)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。 返回导航 第十六章　近代物理初步 3.核力和核能 (1)核力:原子核内部,________间所特有的相互作用力。 (2)结合能:原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们_______需要的能量,叫作原子的结合能,也叫核能。 (3)比结合能:原子核的结合能与_________之比,叫作比结合能,也叫平均结合能。_________越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。 核子 分开 核子数 比结合能 返回导航 第十六章　近代物理初步 4.质量亏损 凡是释放核能的核反应,反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和_______,两者的差值就叫__________。 5.质能方程 (1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系:__________。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应减少的能量ΔE=__________。原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=__________。 变小 质量亏损 E=mc2 Δmc2 Δmc2 返回导航 第十六章　近代物理初步 核能的计算 (1)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能 ①ΔE=Δmc2中,若Δm的单位为“kg”,c的单位为“m/s”,则ΔE 的单位为“J”。 ②ΔE=Δmc2中,若Δm的单位为“u”,则可直接利用ΔE=Δm×931.5 MeV/u计算,此时ΔE的单位为“MeV”,即1 u=1.660 5×10-27 kg,相当于931.5 MeV,这个结论可在计算中直接应用。 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2)利用比结合能计算核能 原子核的结合能=核子的比结合能×核子数。 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能。 返回导航 第十六章　近代物理初步 1.核力就是库仑力。( ) 2.核反应中,出现质量亏损,一定有核能产生。( ) 3.原子核的结合能越大,原子核越稳定。( ) 4.原子核越大,它的结合能越大,比结合能可能越小。( ) √ √ × × 返回导航 第十六章　近代物理初步 (2024·浙江1月卷)已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1,氘核摩尔质量为2 g·mol-1,1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦,下列说法正确的是(　　) A.核反应方程式为H→en B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　核反应方程式为H→en,故A错误;氘核的比结合能比氦核的小,故B错误;要使氘核与氚核发生核聚变,它们间的距离达到10-15 m以内,故C错误;一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7) u=0.018 9 u,聚变反应释放的能量是ΔE=Δm·931.5 MeV ≈17.6 MeV,4 g氘完全参与聚变释放出的能量E=×6.0×1023×ΔE≈ 2.11×1025 MeV,数量级为1025 MeV,故D正确。 返回导航 第十六章　近代物理初步 (多选)(2025·福建卷)核反应可放出巨大的能量,真空中两个动量大小相等、方向相反的氘核与氚核相撞,发生核反应,核反应方程为+→en+17.5 MeV,设反应释放的能量几乎全部转变为与n的动能,原粒子动能忽略不计,则(　　) A.该反应有质量亏损 B.该反应为核裂53D8 Cn最终的动能约为14 MeV DHe最终的动能约为14 MeV 返回导航 第十六章　近代物理初步 [解析]　核反应过程中质量数守恒,但有质量亏损,A正确;该反应是核聚变反应,B错误;在真空中,该反应动量守恒,由于相撞前氘核与氚核动量大小相等、方向相反,系统总动量为零,故反应后氦核与中子的动量也大小相等、方向相反。由Ek=得He和n获得的动能之比为EkHe∶Ekn=mn∶ mHe=1∶4,而两个粒子获得的总动能为17.5 MeV,故n获得的动能Ekn= ×17.5 MeV=14 MeVHe获得的动能EkHe=×17.5 MeV=3.5 MeV,故C正确,D错误。 返回导航 第十六章　近代物理初步 课时跟踪练 温馨提示 返回导航 第十六章　近代物理初步 $