2020高考物理考点精炼(14)原子物理高中物理

2020高考物理考点精炼（14）原子物理高中物理考点介绍

本考点知识的特点是〝点多面宽〞，〝考点分散〞，因此高考对本点考的考查要紧是从对差不多概念

的明白得、辨不方面进行，包括阅读明白得部分；题型要紧以选择题为主，有单项选择向多项选择转化的

趋势，在近几年高考试卷中几乎每年都考．其中重点考查的有能级与光谱、核反应方程及规律、质能方程

及核能、相关物理史，光子论等内容的题目；还有与磁场中带电粒子的运动、动量守恒、能的转化与守恒

等知识综合考查的咨询题；同时，有的试题还以与现代科学技术有着紧密联系的近代物理为背景来考查原

子物理的重点知识．

一、考点聚焦

α粒子散射实验，原子的核式结构Ⅰ要求

氢原子的能级结构，光子的发射和接收Ⅱ要求

氢原子中的电子云Ⅰ要求

天然放射现象，α射线，β射线，γ射线，半衰期Ⅰ要求

原子核的人工转变，原子核的组成．核反应方程，放射性同位素及其应用Ⅰ要求

放射性污染和防护Ⅰ要求

二、知识扫描

〔1〕α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转。

〔2〕、原子的核式结构模型：在原子的中心有一个专门小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．

〔3〕、原子核的大小：原子的半径大约是10-10米，原子核的半径大约为10-14米～10-15米．

2、玻尔理论有三个要点：

(1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳固的．电子尽管绕核旋转，

但并不向外辐射能量，这些状态叫定态．

(2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射(或吸取)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=E2-E1

(3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动．原子的定态是不连续的，因而电子的可能

轨道是分立的．

在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值叫做能级。

3、原子核的组成核力

原子核是由质子和中子组成的．质子和中子统称为核子．

将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种专门强的力，而且是短程力，只能在2．0X10-15的距离内起作用，因此只有相邻的核子间才有核力作用．

4、原子核的衰变

〔1〕、天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种

现

象叫天然放射现象．

15．2-1

15-2-2

〔2

这三种射线能够用磁场和电场加以区不，如图15.2-1 所示

〔3〕放射性元素的衰变：放射性元素放射出α粒子或β粒子后，衰变成新的原子核，原子核的这种变化称为衰变．

典型衰变： (4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时刻称为半衰期．不同的放射性元素的半衰期是不同的，但关于确定的放射性元素，其半衰期是确定的．它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关． 〔5〕．同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素 三、[好题精析]

例1、如下图15-2-2为卢瑟福和他的同事们做α 粒子散射实验装的示意图，荧光屏和显微镜一起分不放在图中的A 、B 、C 、D 四个位置时，观看到的现象，下述讲法中正确的选项是

A ．放在A 位置时，相同时刻内观看到屏上的闪光次数最多

B ．放在B 位置时，相同时刻内观看到屏上的闪光次数只比A 些

C ．放在C 、

D 位置时，屏上观看不到闪光 D ．放在D 位置时，屏上仍能观看一些闪光，但次数极少 [解析] 依照α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，此题应选择A 、B 、D

[点评]：此题考查学生是否把握卢瑟福的α粒子散射实验结果。

例2．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中 ( ) A ．原子要吸取光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大 B ．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小 C ．原子要吸取光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大 D ．原子要吸取光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加

[解析]： 依照玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大， 由能量公式En=

2

1

n E 〔E 1=-13．6 eV 〕可知，电子从低轨道(量子数n 小)向高轨道(n 值较大)跃迁时，要吸取一定的能量的光子．应选项B 可排除．氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即

2

2r ke =r mv 2，电子运动的动能E k =2

1mv 2=r ke 22

．由此可知：电子离核越远，r 越大时，那么电子的动能就越小，应选项A 、C 均可排除．

由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，那么原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，应选项D 正确． [点评] 考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做功性质的综合运用的能力． 例3、关于天然放射现象，以下表达正确的选项是 〔 〕

A ．假设使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

B ．β衰变所开释的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

C ．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强

D ．铀核(238

92U )衰变为铅核(20682Pb )的过程中，要通过8次α衰变和10次β衰变

[解析]半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关．A 错；β衰变所开释的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，e H n 0

11

11

0-+→，B 对；依照三种射线的物理性质，C 对；

23892

U 的质子数为92，中子数为146，20682Pb 的质子数为82，中子数为124，因而铅核

比铀核少10个质子，22个中子。注意到一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x=

4

206

238-=8次。再结合核电荷数的变化情形和衰变规律来判定β衰变的次数y 应满足 2x-y+82＝92， y ＝2x-10=6次。故此题正确答案为B 、C 。

[点评]：1 此题考查α衰变、β衰变的规律及质量数，质子数、中子数之间的关系。 2 β衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰变产生的。 例4、如图15-2-3K -介子衰变的方程为

0ππK +→--，其中K -介子和π-介子带负的基元电荷，π0介子

不带电。一个K -介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径R K-与R π-之比为2∶1。π0介子的轨迹未画出。由此可知π-介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为 A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6

[解析] 依照题意，分不运算出带电粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径。依照动量的定义，分不求出两个介子的动量大小，再从图中确定两个介子动量的方向，最后运用动量

守恒，运算出0

π粒子的动量大小。qv K B=m K k

K R v 2

，R K =,2qB p B qv v m K K K K =R qB p -=ππ，12=-

πp p K ，p K =-p -π+p 0

π， p -

=ππp 30。正确选项为〔C 〕

[点评] 这题以差不多粒子的衰变为情形，涉及带电粒子在磁场中运动规律和动量守恒等知识点，是一道

综合性题目。带电粒子在磁场中受到洛伦磁力作用，该力的方向与粒子的速度方向垂直，因此，带电粒子作圆周运动。依照动量守恒，差不多粒子衰变前后的总动量不变，但运算过程要主注意动量的方向咨询题。 例5 假设原子的某内层电子被电离形成空位，其它的电子跃迁到该空位上时，会将余外的能量以电磁辐射的形式开释出来，此电磁辐射确实是原子的特点X 射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时开释的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位〔被电离的电子称为内转换电子〕。

O P 214

的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量

E 0=1.416MeV 交给内层电子(如K 、L 、M 层电子，K 、L 、M 标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从

O P 214

原子的K 、L 、M 层电离出的动能分不为E K =1.323MeV 、E L =1.399MeV 、E M =1.412MeV.那么可能

发射的特点X 射的能量为

A 0.013MeV

B 0.017MeV

C 0.076MeV

D 0.093MeV

[解析]电子电离后的动能等于吸取的能量减去电子原先所处的能级的能量，因此原子核的K 层的能量为0．093MeV ，原子核的L 层的能量为0．017MeV ，原子核的M 层的能量为0．004MeV

。因此可能发射的特点

K -

π-

A B

P