第16單元：量子理論初步、原子的核式結(jié)構(gòu)

1、第16單元：量子理論初步、原子的核式結(jié)構(gòu)一、黃金知識點：1、玻爾的原子模型；2、能級的概念；3、原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)；4、盧瑟福的原子模型。二、要點大揭密：（一）玻爾的原子模型理論： 1、定態(tài)理論：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)之中，在這些狀態(tài)之中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。 2、躍遷理論：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)之間的能量差決定，即：h= E初 E末 。 3、軌道量子化理論：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。（二）氫原子

2、的能級的概念和躍遷1、氫原子的能級： 氫原子的能級公式為：En=，對應(yīng)的軌道半徑公式為rn = n2 r1 ，其中n稱為量子數(shù)，只能取正整數(shù)，E1=13.6eV ，是基態(tài)能量的值；r1=0.53×10-10m ，是基態(tài)軌道半徑的值。2、氫原子各定態(tài)的能量的值，為電子繞核運動的動能EK和勢能EP的代數(shù)和，因為在選無窮遠(yuǎn)處的電勢能為零的情況下，各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值，其大小總是大于同一定態(tài)的動能值，所以各定態(tài)的能量值均為負(fù)值，因此不能根據(jù)能級公式En=，得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的結(jié)論。3、原子躍遷的條件：h= E初-E末只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，但光子

3、和原子作用而使原子電離時則不受此條件的限制。這是因為原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即遭破壞，因而不再遵守玻爾原子模型的理論。此外實物粒子與原子相互作用而使原子激發(fā)時，也不受上述條件的限制?！纠}1】氫原子輻射出一個光子后，則：A、電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大；B、電子的動能增大；C、氫原子的電勢能增大；D、原子的能級值增大。【分析與解答】選B 由玻爾原子模型理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道。在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能減小。另由經(jīng)典的電磁理論，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力。 K= m ， 所以EK= ?？梢姡娮舆\動半徑越小，其動能

4、越大。氫原子放出光子，輻射出一定能量，所以原子的總能量減小。（三）原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)： 1、電子的發(fā)現(xiàn)：湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，電子是原子的組成部分； 2、湯姆生原子模型（棗糕模型）：原子是一個球體，正電荷均勻分布，電子象棗糕里的棗子嵌在原子里。3、粒子散射實驗： 實驗結(jié)果：（1）絕大多數(shù)的粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；（2）少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)；（3）極少數(shù)粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)（甚至被反彈回來）。 實驗結(jié)果與湯姆生模型推算出來的結(jié)果根本不符合。（四）盧瑟福原子模型（核式模型）：1、在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核。2、原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)。3、帶負(fù)電的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn)，原

5、子的核式結(jié)構(gòu)可以圓滿的解釋粒子散射實驗。4、原子和原子核的大?。涸拥陌霃郊s為：10-10m； 原子核的大小約為10-1510-14m。（五）正確理解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)與玻爾原子模型的關(guān)系： 盧瑟福通過粒子散射實驗建立了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，卻與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾。按照經(jīng)典的電磁理論，電子繞核旋轉(zhuǎn)是有加速度的（作圓周運動的物體有向心加速度），它要輻射電磁波，因而能量逐漸減?。姶挪ㄊ且环N物質(zhì)具有能量），最后電子將落到原子核上，這樣原子就不可能是穩(wěn)定的，這與實際情況不符。另外按照經(jīng)典的電磁理論，大量原子發(fā)光的光譜是包含一切頻率的連續(xù)光譜，這也與原子光譜的實際情況不符。 針對上述矛盾，玻爾認(rèn)

6、為從宏觀的現(xiàn)象總結(jié)出來的電磁理論不能應(yīng)用于原子這樣小的物體產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象，而提出了玻爾的原子理論，它的核心是量子化（即不連續(xù)變化） 玻爾理論的成功之處在于它引入了量子觀念，這是宏觀領(lǐng)域里沒有的，解決了上述兩個矛盾（即原子的穩(wěn)定性及輻射頻率問題），因而圓滿的解釋了氫光譜的規(guī)律。但失敗之處就在于仍然保留了過多的經(jīng)典的物理理論，比如保留了電子在一定軌道上繞核做勻速圓周運動這種經(jīng)典力學(xué)的概念；因而玻爾理論不能解釋其它原子的光譜規(guī)律，它的出路就在于徹底與宏觀理論決裂，建立真正適用于微觀世界的理論?！纠}2】下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中，正確的是：A、原子中絕大部分是空的，原子核很??；B、原子的全部正電荷和全部

7、的質(zhì)量都集中在原子核上；C、電子在核外旋轉(zhuǎn)，原子核對電子的庫侖力提供向心力；D、原子核的半徑大約為1×10-10m ?！痉治雠c解答】選A、C 1、盧瑟福類比了行星運動模型，提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，電子繞核運轉(zhuǎn)所需的向心力由核對它的引力來提供。 2、既然核外還有電子，便不能說原子“全部質(zhì)量”集中在原子核。三、好題解給你：（一）本課預(yù)習(xí)題：1、下面關(guān)于玻爾原子理論的觀念解釋不正確的是：A、原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)之中，每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量；B、原子中，雖然電子在不斷的做加速運動，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會向外輻射能量；C、原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射出一定頻率

8、的光子；D、原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)有一個電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的。2、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中的電子繞核運動的半徑：A、可以取任意值；B、可以在某一范圍內(nèi)任意取值；C、可以取一系列不連續(xù)的任意值；D、是一系列不連續(xù)的餓特定值。3、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)n越大，則以下說法中正確的是：A、電子軌道半徑越大；B、核外電子的速率越大；C、氫原子能級的能量越大；D、核外電子的電勢能越大。4、對粒子散射實驗裝置描述正確的是：A、實驗器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡；B、金箔的厚度對實驗結(jié)果無影響；C、如果不用金箔而用鋁箔就不能發(fā)生散射現(xiàn)象；D、實驗裝置放在空氣中和真空中都可以。5

9、、粒子散射實驗結(jié)果是：A、只有一小部分粒子穿過金箔而沒有明顯的偏轉(zhuǎn)；B、大多數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過900，極少數(shù)達(dá)到1800；C、偏轉(zhuǎn)角最大的也沒有超過900；D、絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，沒有產(chǎn)生顯著的偏轉(zhuǎn)。參考答案：1、C 2、D 3 、ACD 4、A 5、D（二）基礎(chǔ)題：1、一個氫原子中的電子從一半徑為ra的軌道自發(fā)躍遷到另一半徑為rb的軌道，已知ra>rb，則在此過程中：A、原子發(fā)出一系列頻率的光子；B、原子要吸收一系列頻率的光子；C、原子要吸收某一頻率的光子；D、原子要輻射某一定頻率的光子。2、一個氫原子處于第3能級時，外面射來了一個波長為6.63×10-7m的光子，下列說

10、法中正確的是：A、氫原子不吸收這個光子，光子穿過氫原子；B、氫原子被電離，電離后的動能約為0.36eV；C、氫原子被電離，電離后的動能為零；D、氫原子吸收光子，但不電離。3、從粒子散射實驗結(jié)果出發(fā)推出的下述結(jié)論中正確的是：A、說明粒子速度很大；B、說明粒子質(zhì)量比金原子質(zhì)量還大；C、說明金原子內(nèi)部大部分是空的；D、說明金原子也是個球體。參考答案：1、D 2、 B 3、C （三）應(yīng)用題：1、氫原子的基態(tài)能量為-13.6 eV，當(dāng)它剛好電離時，需吸收能量為_eV的光子，該光子的波長為_m（h = 6.63×10-34J.s）2、盧瑟福的粒子散射實驗結(jié)果表明了：A、原子核是由質(zhì)子和中子組成的

11、；B、原子內(nèi)部有一個很小的區(qū)域，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量；C、原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)之中；D、原子核是可分的。4321-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV3、如圖所示，給出氫原子的最低的四個能級，氫原子在這些能級之間躍遷所輻射的光子頻率最多有_種，其中最小的頻率為_。參考答案：1、136 ， 9.12×10-8 ；2、B 提示：盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，查德威克發(fā)現(xiàn)中子后人們才知道原子核是由質(zhì)子和中子組成的，故答案A不選。答案C是玻爾的原子理論，故不選；天然放射現(xiàn)象揭示了原子核不是單一的微粒，而是可分的，故不選。3、6 ， 1.6×1014

12、 。（四）提高題：1、設(shè)氫原子的核外電子在基態(tài)繞核旋轉(zhuǎn)，其半徑為r，靜電引力常量為K，電子質(zhì)量為M，則電子繞核旋轉(zhuǎn)時所相當(dāng)?shù)碾娏魇牵篈、 ； B、 ； C、 ； D、 。2、氫原子的電子分別在第一、二、三條軌道上運動時，它們的運動半徑之比為_，運動速度之比為_，周期之比為_，能量之比為_。3、根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后，其原子的能量、電子的動能、電子的電勢能各自如何變化？參考答案：1、C 2、分析與解答由公式rn=n2r1得r1：r2：r3 = 1：4：9 ， 又由電子所受的庫侖力作為它繞核做勻速圓周運動的向心力得K= ， 因為vn=， 可見vn與量子數(shù)n成反比。 所

13、以v1：v2：v3 = = 6：3：2 周期T = = = 故T與n3成正比，所以T1：T2：T3 = 13：23：33 = 1：8：27 總能量En= - ， 所以E1：E2：E3 = 36：9：4 說明：題目中的能量指的是原子的能量，是電勢能與電子動能之和，由公式：En= - 。3、分析與解答氫原子的電子由外層躍遷到內(nèi)層軌道上時，電場力對電子做功，電子的電勢能減小。由氫原子核對電子的庫侖力提供電子繞核旋轉(zhuǎn)所需的向心力，有：K= m且EK= ，r減小，電子的動能EK增加。在此過程中，氫原子要放出光子，從而總能量減小。（五）課后演武場：1、關(guān)于粒子散射實驗裝置，下列說法中正確的是：A、放射源、

14、金箔、熒光屏和顯微鏡都放在沒有塵埃的潔凈的空氣中；B、熒光屏和顯微鏡能圍繞金箔在一個圓周上轉(zhuǎn)動；C、若將金箔改為銀箔就不可能發(fā)生散射現(xiàn)象；D、金箔的厚度不會影響實驗結(jié)果。2、粒子散射實驗首次證明了：A、粒子帶正電；B、電子是原子的組成部分；C、原子是一個正、負(fù)電荷均勻分布的球體；D、原子中帶正電的部分體積很小。3、按照玻爾理論，一個氫原子中的電子從一條半徑為ra的圓軌道自發(fā)的直接躍遷到另一半徑為rb的圓軌道上，ra>rb ，在此過程中：A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子；B、原子要吸收一系列頻率的光子；C、原子要吸收某一頻率的光子；D、原子要發(fā)出某一頻率的光子。4、在粒子散射實驗中，當(dāng)粒子最

15、接近金核時：A、粒子動能最小； B、粒子受到的庫侖力最大；C、粒子電勢能最?。?D、粒子動能變化量最小。5、玻爾在他的原子模型中所做的假設(shè)有：A、原子處于成為定態(tài)的能量狀態(tài)時，雖然電子做變速運動，但并不向外輻射能量；B、原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的；C、電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射或吸收一定頻率的光子；1234D、電子躍遷時輻射的光子的頻率等于繞核做圓周運動的頻率。6、當(dāng)粒子被重核散射時，右圖中的路徑哪些使有可能的？A、1 ； B、2 ； C、3 ； D、 4 。7、已知氫原子的基態(tài)的能級為-13.6eV，下列說法中正確的是：A、用波長為600nm的光照射時，可使穩(wěn)定的氫原子電離；B、用光子能量為10.2eV的光照射時，可能使處于基態(tài)的氫原子的電離；C、氫原子可能向外輻射出11eV的光子；D、氫原子可能吸收能量為1.89eV的光子。8、在粒子散射實驗中，_粒子穿過金箔后仍按原來的方向前進(jìn)，_粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，并且有_粒子偏轉(zhuǎn)角超過了900，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到1800。9、一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)時，它可以輻射的光子的能量是_。10、在用粒子轟擊金箔時，測得粒子與金核的最短距離約為2×10-14m ，已知金