原子物理高考知识汇总

原子物理

● 知识网络

考纲要求：

复习指导：

本章所考查内容主要集中在原子的核式结构、玻尔理论、质能方程及核反应方程等知识点；题型以选择题和填空题形式出现。考查范围和题型相对稳定，“考课本”，“不回避陈题”成了本章高考命题的最大特点。本章复习应紧扣课本，突出原子核式结构理论、能级跃迁规律、核反应方

程中质量数和核电荷数守恒、α衰变和β衰变的规律、质能方程等知识，且对α、β、γ等粒子的属性也应该有比较清晰的了解。

● 要点精析

☆原子的核式结构：

1．α粒子散射现象

绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°。

2．原子的核式结构

卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数。

原子的半径大约是10－10m，原子核的大小约为10－15 m～10－14m。

☆玻尔的原子模型：

1．玻尔假说的内容：

（1）轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值；

（2）能量状态量子化：原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量；

（3）跃迁假说：原子从一种定态向另一种定态跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，

光子能量。

2．氢原子能级

（1）氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级。最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定，其他能级叫激发态。

（2）氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能E k和电势能E p的代数和。由

和E1＝－13.6 eV可知，氢原子各定态的能量值均为负值。因此，不能根据氢原子的能级公式

得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论。

（3）氢原子的能级图：

4）氢原子核外电子绕核运动的向心力即为原子核所带正电荷对电子的库仑引力。设氢原子基态轨道半径为r1，则由库仑定律和向心力公式得

可见，氢原子基态中电子绕核运动的动能值恰等于基态能级的绝对值，而电势能的绝对值恰等于电子动能值的2倍。该结论对氢原子的任何能级都成立。

3．原子光谱及应用

（1）原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的光组成，又叫原子光谱；

（2）原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质成分。

（3）原子的跃迁条件：只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离，则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大（至于实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁）。

（4）原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁。由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁。若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发

生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线。可以证明n=k的能级的氢原子自发跃迁辐射时能发出的光谱线条数N＝k(k－1)/2。

4．电子云

玻尔模型引入了量子化观点，但不完善。在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”。

☆核反应：

原子核的组成：质子和中子组成了原子核。质子和中子统称为核子。原子核的质量数等于其核子数，原子核的电荷数等于其质子数。原子核的中子数N等于其质量数A与电荷数Z之差，即N＝A－Z。

核反应虽然有成千上万，但是根据其特点可分为四种基本类型：衰变、人工转变、轻核聚变和重核裂变。

1．衰变：

原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。放射性元素衰变时放出的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线，其射线的本质和性质如下表：

按照衰变时放出粒子的不同又分为α衰变和β衰变，其核反应方程如下：

半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它表示放射性元素衰变的快慢。半衰期是由核本身的性质决定的，与它所处的物理状态或化学状态无关。不同的放射性元素半衰期不同。

确定衰变次数的方法：设放射性元素经过n次α衰变m次β衰变后，变成稳定的新元

素，则表示核反应的方程为：

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程

两式联立得

由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。

2．人工转变：

原子核在其他粒子作用下变成另一种原子核的变化称为人工转变。利用原子核的人工转变，人们发现了质子、中子，认清了原子核的结构，并且制造了上千种放射性同位素，在工业、农业、医疗和科研等许多方面得到广泛的应用。著名的方程式如：

（卢瑟福，发现质子）

（查德威克，发现中子）

（约里奥·居里、伊丽芙·居里发现、人工制造放射性同位素）

3．重核裂变：

是重核分裂成中等质量的核的反应过程。如：

由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。发生链式反应的条件是：裂变物质的体积＞临界体积。