1、1高考原子物理学复习指要一、知识脉络按照原子物理学发展史，以原子结构的三个认识（汤姆孙模型、核式结构模型、玻 尔理论）、天然放射的三种射线（ 射线、 射线、 射线）、原子核的四个基本变化（衰变、人工转变、裂变、聚变 ）为节点，形成原子物理学的知识链。二、命题特点高考原子物理试题总体体现新课改的理念和要求,遵循“来源于教材,不拘泥于教材” 的原则,注重基础,着重考查学生的能力，是每年高考必考的内容。命题集中在原子核式结构与 原子物理电子发现原子结构汤姆孙模型原子跃迁能 级氢原子光谱 玻尔理论核反应方程质量数守恒电荷数守恒人工转变发现质子发现中子核能质能方程核能的利用核能的计算三种射线衰变规律半衰
2、期天然放射现象原子核汤姆孙模型与实验事实不符卢瑟福核式结构模型粒子散射实验2粒子散射实验、玻尔原子理论与能级跃迁、原子核衰变与半衰期、核反 应方程与反应类型、结合能与核能计算等方面。试题呈现方式多数以选择、填空为主。能力考 查方式是以识记理解为主兼顾分析推理。1、原子核式结构与 粒子散射实验： 例 1、（2013 高考福建理综第 30 题）(1)在卢瑟福 粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图 画出的是其中两个 粒子 经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是_。 （填选图下方的字母）解析： 粒子散射 实验发现 了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核。粒子散射的原因是原
3、子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，由于 粒子带正电，受到原子核的排斥，两个 粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是 C。2、玻尔原子理论与原子能级跃迁： (2013 高考江苏物理第 12B 题)根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能 级图 如图所示。 电子处在 n=3 轨道上比处在 n=5 轨道上离氦核的距离_ （选填“近” 或“远”）。 当大量 He+处在 n=4的激发态时，由于跃迁所发 射的谱线有_条。 解析：电子处在 n=3 轨道上比处在 n=5 轨道上离氦核的距离近。当大量 He+处在 n=4 的激发态时，由于 跃迁所发 射的谱线有3+2+1=6 条。答案
4、为：近 63、原子核衰变与半衰期（2013 全国高考大纲版理综第 16 题）放射性元素氡（ ）经 衰变成为钋 ，半衰286Rn2184Po期为 3.8 天；但勘测表明， 经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素3的 矿石，其原因是（ ） 286RnA目前地壳中的 主要来自于其它放射元素的衰变286RnB在地球形成的初期，地壳中元素 的含量足够高286RnC当衰变产物 积累到一定量以后， 的增加会减慢 的衰变进程2184Po14Po286RnD 主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期286n解析：目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素 的矿石，其原因是目前地壳中的
5、286主要来自于其它放射元素的衰变，选项 A 正确。286R4、核反应方程与反应类型（2013 高考重庆理综第 2 题）铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应： 则 a+b 可能是nbanU10102359A B C DKrXe93645 Kra9236145SrBa9381456SrXe4938105解析：由核反应遵循的质量数守恒可知 a+b 的质量数之和为 234，由核反应遵循的电荷数守恒可知 a+b 的电荷数 为 92，所以 a+b 可能是 ，选项 D 正确。rXe49381055、结合能与核能计算（2012 全国新课理综第 35 题）氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大
6、的能量，该反应方程为： H H Hex ，式中 x 是某种粒子。已知： H、 H、 He 和粒子 x 的质量分别为21 31 42 21 31 422.0141 u、3.0161 u、4.0026 u 和 1.0087 u；1u931.5MeV ，由上述反应方程和数据可知，粒子x 是_，该反应释放出的能量为_MeV( 结果保留 3 位有效数字) 解析 热核聚变的核反应方程为 H H He n，所以 x 为 n(或中子)。21 31 42 10 10E mc2(2.01413.0161 4.00261.0087)931.5MeV 17.6MeV 。三、复习指要1.把握好知识的宽度及深度高中原子物
7、理学部分包括原子结构和原子核两部分，从课程标准和考试大纲的要求可以看出，原子结构部分要求掌握 氢原子的结构及能级公式，但高考试题中仍然把原子核式结构与 粒子散射实验作为考试热点，在复 习中应引起重 视。原子核部分要求：知道某些原子核会发生衰变，会用半衰期表示衰变的速度，了解衰变的应用。 知道 射线、 射线、 射4线及其特性，知道射线对生物体的作用，列举射线的主要应用，知道射 线的危害和防护。初步了解放射性同位素概念以及应用。知道核裂变和链式反应，初步了解反应堆的类型和工作原理，知道核电站的工作模式。 知道核聚变，关注可控聚变反应的研究进展。原子核部分与原高考相比增加了核力与结合能两个知识点，2
8、012 年的江苏物理卷与2013 全国新课标理综 II 卷中已体现对新增知识点的考核。高中原子物理学内容全部是级要求，能力的考查点以识记为 主。2. 重要考点和难点分析高考原子物理部分的重要考点有：人类探索原子和原子核结构的物理学史，卢瑟福 粒子散射实验，原子核式结构，玻尔原子理论与能级跃 迁，原子核的 组成， 射线、 射线、 射线及其特性，原子核衰变与半衰期，放射性同位素概念以及应用， 核反应方程与反应类型，核力与结合能，质能方程与核能 计算，核裂 变和链式反 应，核聚 变与可控热核反应。高考原子物理的难点有：汤姆孙模型、核式结构模型、玻尔模型的对比， 对氢原子能级及跃迁的理解， 射线、 射
9、线、 射线的比较，理解半衰期，掌握核反应的守恒规律和核能计算。3. 突出重点、突破难点的有效策略（1）关于原子的结构与原子核。要注意人类对原子结构的认识过程和先后顺序,可用列表或箭头推理形式复习。5三个原子模型的对比实验基础 结构差异 成功和局限汤姆孙模型 电子的发现带正电物质均匀分布在原子内,电子镶嵌其中。解释了一些实验事实,无法说明 粒子散射实验。核式结构模型 粒子散射实验全部正电荷和几乎全部质量集中在核里,电子绕核旋转成功解释了 粒子散射实验,无法解释原子的稳定性与原子光谱的分立特征玻尔模型氢原子光谱的研究在核式结构模型基础上,引入量子化观点成功解释了氢原子光谱,无法解释较复杂的原子光谱
10、（2）关于玻尔理论对氢光谱的解释。玻尔理论的实质是经典理论加量子理论,即把量子假说用于原子核式模型上。当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子电势能 Ep 减小，电子动能增大，原子总能量减小，反之，轨 道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。（3）对跃迁的理解氢原子从低能 级向高能 级跃迁：吸收一定频率的光子，当光子的能量满足 hE 末E 初 时 ，才能被某一个原子吸收，否则不能吸收。氢原子从高能 级向低能 级跃迁：以光子的形式向外 辐射能量，所 辐射的光子能量恰等6于发生跃迁时两能级间的能量差。电离：当光子能量大于或等于原子所在处的能级时 ，也可以被 氢原子吸收，使氢原子电离
11、，多余的能量作为电子的初动能。光谱线条数：一群 氢原子 处于量子数为 n 的激发态时 ，可能 辐射出的光谱线条数为N 2(1)nC氢原子还可吸收外来 实 物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能量差值，均可使原子发生能级跃迁。（4）三种射线的性质比较：（5）衰 变和 衰变的比较：（6）关于 衰变和 衰变次数的确定(1)方法一：由于 衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定 衰变的次数，再根7据电荷数守恒确定 衰变 的次数。(2)方法二：设 衰变次数 为 x，衰变次数为 y，根据质量数和核电荷数守恒列方程求解。（7）对半衰期的理解及
12、应用半衰期指放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。 公式： ，式中 m12tM为该元素的剩余质量，M 为该元素原来的质量，t 为经过 的时间， 为半衰期。半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度，公式只适用于大量某种放射性元素的核。 特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态和化学状态无关。（8）核反应和核反应方程核反应过程遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程前后的总质量一般会发生变化(质量亏损 )且 释放出核能遵循电荷数守恒原子核反应一般可分为四类：天然放射性现象(衰变、 衰变、 衰变)、人工 转变、重核裂变、轻核聚变不管是哪一种核反应，都遵从质量数(或核子数 )守恒和 电荷
13、数( 或质子数) 守恒， 这是书写和检验核反应方程式的原则（1）原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应，核反应包括天然衰变、人工 转变、重核裂变、 轻核聚变四种类型核反应方程的一般形式为： Xx Yy，其AZ AZ中 X 是靶核的符号，x 为入射粒子的符号， Y 是新生核的符号，y 是放射出的粒子的符号AZ AZ（2）核反应遵循下列规律电荷守恒：反 应前后的 电荷数不变质量数守恒：反 应前后的 总质量数不变(反应前后的总质量可能发生变化)动量守恒：反 应前后系 统的总动量不变能量守恒：反应前后系 统的能量形式可以发生变 化，但 总能量( 包括和质量相联系的能量)不变 注意：核反
14、应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用等号连接；写核反应方程一定要以实验为基础，不能只依据守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程（3）几个重要的核反应方程：卢瑟福发现质子的方程： N He O H；查德威克发147 42 178 1现中子的方程： Be He C n；约里奥居里夫 妇发现人工放射性的方程(发现正电子)：94 42 126 10Al He P n P Si2713 42 3015 10 3015 3014 0 1（9）核力和核能（1）核力：原子核内的核子间存在相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成8稳定的原子核。特点：核力是强相互作用力的一
15、种表现核力是短程力，作用范围在1.51015 m 之内。每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。（2）核能：结 合能：原子核是核子 结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。比结合能：原子核的结合能与核子数之比比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越 稳定。 核能的计算：根据 爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损( m)乘以真空中光速的平方即 E mc2.计算核能时要注意：若 m 以 kg 为单位，则 按 Emc 2计算；若 m 原子质量以 u 为单位，则按 Em 931.5MeV 计算( m 为反应前后质量亏损 )。核能的获得
16、：a重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程重核裂变的同时放出几个中子，并释放大量核能 为使铀235 裂变时发生链式反应， 铀块的体积应大于它的临界体积常用核反应：U n Ba Kr3 n。b轻核聚变：某些 轻核结合成质量较大的核的反应过程，同23592 10 14156 9236 10时释放大量的核能要使氘 核和氚核合成氦核，必 须 达到几百万开尔文以上的高温，所以聚变反应又叫热核反应常用核反应： H H He n17.60MeV。 应用：重核裂变：原子21 31 42 10弹，原子反应堆；轻核聚变 ：氢弹、可控 热核反应关于核能的计算(1) 方法一：根据爱因斯坦的质
17、能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(m )的千克数乘以真空中光速( c310 8 m/s)的平方，即：Emc 2(焦耳)。(2) 方法二：根据 1 原子质 量单位(u)相当于 931.5 兆电子伏(MeV)能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以 931.5 MeV，即 E m931.5 MeV。(3) 方法三：如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。4. 复习备考的有效策略（1）精读教材，熟练掌握教材内容，加强对基本概念和规律的理解。抓住原子 结构和原子核反应两条主线，对原子部分复习时，突出原子核式结构模型、玻 尔的原子跃迁理论等知识
18、；复习原子核部分时，突出原子核衰变、核反 应方程等知 识， 对衰变、半衰期、原子核的人工 转9变、核裂变、核聚变、 质能方程、核反应中质量数和核电荷数守恒等知识要加强记忆。（2）关注科技前沿的知识，对与现代科技相联系的题目，应足够重视。（3）关注高考热点，理解与记忆相结合。 对氢原子能级结构和公式、核反 应方程的书写、质能方程、玻尔理论、光电效应等要适度深入复习，注意综合题目的分析思路、强化典型题目的训练四、典例选析知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。了解放射性同位素的应用。知道射 线 的危害和防护。知道裂 变反应和聚变反应。关注受控聚变反
19、应研究的 进展。知道 链式反应的 发生条件。了解裂 变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。知道核力的性质 。能 简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。认识原子核的结合能。通过 核能的利用，思考科学技术与社会的关系。1. （2013 全国新课标理综第 35 题）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ）A原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B一重原子核变成 粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C铯原子核（ Cs）的结合能小于铅原子核（ Pb）的结合能135 208D
20、比结 合能越大，原子核约不稳定E自由核子 组 成原子核时 ，其 质量亏损所对应的能量小于该原子核的结合能解析： 比结合能越大，原子核约稳定，选项 D 错误。自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项 E 错误 。选项 ABC 正确。本题考查原子核物理的结合能及其相关知识点，意在考查考生综合应用知识分析问题的10能力。对于了解知道类选择题，可 应用知道的知识分析各个选项，迅速得出答案。2.（2013 高考上海物理第 7 题）在一个 原子核衰变为一个 原子核的过程中，发2389U2068Pb生 衰变的次数 为（ ）(A)6 次 (B)10 次 (C)22 次 (D)32
21、 次解析：一个 原子核衰变为一个 原子核的过程中，发生 衰变的次数为（238-2389U2068Pb206）4=8 次，发生 衰变 的次数为 28-(92-82)=6 次，选项 A 正确。3. 如图所示为氢原子的能级示意图，一群 氢原子处于 n3 的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为 2.49 eV 的金属钠，下列说法中正确的是( )A. 这群氢原子能辐射出三种频率不同的光，其中从 n3 能级跃迁到 n2 能级所发出的光波长最短B. 这群 氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大C. 能发 生光电效应的光有三种D. 金属钠表面所发出的光电子
22、的最大初动能为 9.60 eV解析 本题考查了氢原子能级跃迁、光电效应方程从 n3 能级跃迁到 n2 能级所发出的光频率最小，波长最大，选项 A 错；氢原子在辐射光子的过程后，轨道半径减小，动能增大，电势 能减小，总能量减小， 选项 B 错；从 n3 的激 发态向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子的能量分别为：1.89 eV、12.09 eV、10.2 eV，能发生光电效应的只有两种，选项 C 错；辐射光子的最大能量为 12.09 eV，所以金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为(12.09 2.49) eV9.60 eV， 选项 D 正确4.（2013 高考山东理综第 38 题）恒 星 向
23、外 辐 射 的 能 量 来 自 于 其 内 部 发 生 的 各 种 热 核 反 应 。当 温 度 达 到 108K 时 ，可 以 发 生 “氦 燃 烧 ”。完成“ 氦 燃 烧 ”的 核 反 应 方 程 ： He+ Be+。428411 Be 是 一 种 不 稳 定 的 粒 子 ，其 半 衰 期 为 2.610-16s。一 定 质 量 的 Be，经 7.810-16s 后84 84所 剩 Be 占 开 始 时 的 。答 案 ： He 1/8 或 12.5%2解 析 ：由核反应满足的 质量数守恒和电荷数守恒可得“ 氦 燃 烧 ”的 核 反 应 方 程 ：He+ He Be+。4284经 7.810
24、-16s 即 三 个 半 衰 期 后 所 剩 Be 占 开 始 时 的 （1/2）3=1/8。845（2013 高考天津理综物理第 1 题）下列说法正确的是（ ）A原子核 发 生衰变时要遵守 电荷守恒和质量守恒的规律B. 射线、 射线、 射线都是高速运动的带电粒子流C氢原子从激发态向基态跃 迁只能辐射特定频率的光子D发生光 电 效应时光电子的 动能只与入射光的强度有关解析：原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，衰变，放出能量，有 质量亏损，质 量不守恒，选项 A 错误。 射线、 射线都是高速运 动的带电粒子流，而 射线是电磁波，选项 B 错误。根据波尔理论，氢原子从激发态 向基态跃
25、迁只能辐射特定频率的光子，选项 C 正确。发生光电效 应时光电子的动能与入射光的 强度无关，只与入射光的频率有关，选项 D 错误。6.（2013 高考广东理综第 17 题）铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应，下列说法正确的有（ ）nKrBanU10893614502359A上述裂 变 反应中伴随着中子放出 B铀块体 积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制 D铀核的半衰期会受到环境温度的影响解析：根据题给裂变反应方程，可知上述裂变反应中伴随着中子放出，选项 A 正确，铀块体积对链式反应的发生有影响，只有铀块体积大于临界体积时才能发生链式反应，选项 B 错误。铀核的 链式反
26、应可人工控制，铀核的半衰期不会受到环境温度的影响， 选项 C 正确 D 错误。故 AC 选项正确。12五、命题趋势探讨趋势分析：2014 年高考对本专题内容仍将以选择题的形式，结合经典物理理论和最新科技成果进行考查，分值在 6 分左右， 难度不会太大。“ 联系实际，联系生活，联系高科技” 已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加 试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性近年近代物理试题中出 现不少中学教材中设有的新知识背景，如超重元素、双电荷交换反 应、俄歇效 应、原子内 层 空位产生的内转换机制、 氢原子等在训练学生读题时，要引导他 们尽力将新情境中的问题与已学过
27、的知识联系起来，在学习心理学中，就是“ 图式”的“ 同化 ”与“顺应”的过程，这类问题 其实是“新瓶装旧酒”， 还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通热点预测：近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱 因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如粒子散射实验 粒子与氮、铍、 铝的碰撞分别发现 了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具六.备考练习1、氢原子的能级如图 610 所示，已知可 见光的光子能
28、量范围约为 1.62 eV3.11 eV，下列说法错误的是( )图 610A处于 n3 能级的氢原子可以吸收任意 频率的紫外线，并发生电离B大量氢原子从高能级向 n3 能级跃迁时，发出的光具有 显著的热效应C大量处于 n4 能级的 氢原子向低能级跃迁时，可能 发出 6 种不同频率的光D大量 处于 n4 能级的 氢原子向低能级跃迁时，可能发出 3 种不同频率的可见光2 现有三个核反应： _； _； _41Na21Mg2359U10n456Ba9236Kr21H342e完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是( )A是裂变，是 衰变， 是聚变13B是聚变， 是裂变， 是 衰变C是 衰变，是裂变，
29、是聚变D是 衰 变， 是聚变， 是裂变3 2009 年高考 重庆理综 卷某科学家提出年轻热 星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 Q 1 XQ 21H26137NH157N26C方程中 Q1、Q2 表示释放的能量，相关的原子核质量 见下表：原子核 132e42H 16C 137N 157质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001下列判断正确的是 ( )AX 是 ，Q2Q132HeBX 是 ，Q2Q14CX 是 ，Q2Q132DX 是 ，Q2Q14e4 静止的镭核 Ra68发生 ( He42)衰变， 释放出的 粒子的 动能为，假设
30、衰变时的能量全部以动能形式释放出来，则 衰变过程中总的质量亏损是( )A 2cE B 21c C 213cE D 2c5、2006 年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过（钙 48）轰击（锎 249）发生核反应，成功合成了第 118 号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素，实验表明，该元素的原子核先放出 3 个相同的粒子 x，再连续经过 3 次 衰变后，变成质量为 282 的第 112 号元素的原子核，则上述过程中的粒子 x 是 （ ）A、中子 B、质子 C、电子 D、粒子6、氢原子从激发态跃迁到基态时， 则核外电子（ ）A动能增加， 电势能减少，动能的增加量小于电势能
31、的减少量B动能增加，电势能减少， 动能的增加量等于电势能的减少量C动能减少，电势能增加， 动能的减少量大于电势能的增加量D动能减少， 电势能增加，动能的减少量等于电势能的增加量7、如图所示是发现中子的实验过程，关于 “不可见射线”的性质和从石蜡中“打出的粒子” 的14名称，下述说法中正确的是 （ ）（A）这种“不可 见射线” 是质子流，从石蜡中 “打出的粒子”是中子（B）这 种“不可见射线” 是中子流，从石蜡中“打出的粒子” 是质子（C）这 种“不可见射线” 是 射线，从石蜡中“ 打出的粒子” 是中子（D）这种“不可 见射线” 是 射线，从石蜡中“ 打出的粒子”是质子答案：1、D 2、 3 C 3、B 4、C 5、A 6、A 7、B01e10n10粒子PoBe不可见粒子 石蜡质子打 出 的 粒 子射 线
