1．原子的核式结构
(1)1909～1911年，英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型．
(2)α粒子散射实验
①实验装置：如下图所示；②实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回．
(3)核式结构模型：原子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全部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．
2．氢原子光谱
氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示： 1?11?＝R?2－2?n＝3,4,5，? λ?2n?3．玻尔的原子模型 (1)玻尔理论
①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的；
②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，不向外辐射能量；
③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个状态的能量差，即hν＝Em－En.
(2)几个概念
①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值； ②基态：原子能量最低的状态；
③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态； ④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数． (3)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的半径公式：rn＝nr1(n＝1,2,3，?)，其中r1为基态半径，r1＝0.53×10
2
－10
m；
1
②氢原子的能级公式：En＝2E1(n＝1,2,3，?)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV.
n 16
二、原子核 1．原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成，两者统称为核子．
(2)原子核常用ZX表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)．
(3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置． 2．天然放射现象
(1)天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素．
(2)三种射线的本质：α射线是氦核，β射线是电子，γ射线是光子． 3．原子核的衰变
(1)衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为α衰变、β衰变，并伴随着γ射线放出．
(2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间． 4．放射性同位素的应用
(1)利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等． (2)作示踪原子． 5．核反应、核力与核能
(1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒． (2)核力
①概念：组成原子核的核子之间存在的作用力． ②核力特点
a．核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多． b．核力是短程力，作用范围在1.5×10
－15
A m之内．
c．每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性． (3)质量亏损
①爱因斯坦质能方程：E＝mc.
②质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．
(4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量．
6．核裂变和核聚变 (1)重核裂变
①定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应．
②铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时
17
2
放出三个中子，核反应方程为： 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n.
③链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应．
④链式反应的条件：a.要有足够浓度的 92U；b.铀块体积需大于临界体积，或铀块质量大于临界质量．
(2)轻核聚变
①定义：两个轻核结合成较重的核，这样的核反应叫聚变． ②聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温． [自我诊断] 1．判断正误
(1)卢瑟福做α粒子散射实验时发现α粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转．(√)
(2)氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的．(√)
(3)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝En.(×) (4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(×) (5)发生β衰变时，新核的核电荷数不变．(×)
(6)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．(√)
(7)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(×) 2．(多选)如图所示为卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C三个位置时，关于观察到的现象，下列说法中正确的是( )
235
2351144891
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多 B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数最少 C．相同时间内放在C位置时观察到屏上的闪光次数最少 D．放在C位置时观察不到屏上有闪光
解析：选AC.卢瑟福α粒子散射实验的结论是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度大于90°，甚至被弹回，A、C正确．
3．(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( ) A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的
18
B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射
C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子
D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收 解析：选AD.根据玻尔原子理论知，氢原子的轨道是不连续的，只有半径大小符合一定条件，电子才能稳定转动，A正确；电子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会出现，B错误．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要吸收光11
子，C错误．由于氢原子发射的光子的能量：E＝En－Em＝2E1－2E1＝hν，不同频率的光照
nm射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，D正确．
4．(2016·高考全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)
A. 6C→ 7N＋－1e B.15P→16S＋－1e C. 92U→ 90Th＋2He D. 7N＋4He→ 8O＋1H E. 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n F.1H＋1H→2He＋0n
解析：α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．
答案：C AB E F
5．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：1H＋1H→2He＋x，式中x是某种粒子．已知：1H、1H、2He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和 1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c，c是真空中的光速．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(结果保留三位有效数字)．
解析：根据质量数和电荷数守恒得：x的电荷数为0，质量数为(2＋3－4)＝1，可知x为中子．由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc＝(2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u)c＝0.018 9 u×931.5 MeV＝17.6 MeV.
答案：(1)0n(或中子) 17.6
1
2
2
2
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3
4
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1
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4
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32
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14
0
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考点一 氢原子能级及能级跃迁
1．对氢原子的能级图的理解 (1)氢原子的能级图(如下图)．
(2)氢原子能级图的意义：
①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．
②横线左端的数字“1,2,3?”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4?”表示氢原子的能级．
③相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小． ④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En. 2．关于能级跃迁的三点说明
(1)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．
(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小，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)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：N＝Cn＝
2
n?n－1?
2
.
[典例1] (多选)如图所示为氢原子能级图．下列说法正确的是( )
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