(浙江專(zhuān)版)2023版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十二章動(dòng)量守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核第3課時(shí)原子結(jié)構(gòu)學(xué)案_第1頁(yè)
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PAGEPAGE1第3課時(shí)原子結(jié)構(gòu)一、原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn)(1)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫使用氣體放電管對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。①讓陰極射線分別通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng),根據(jù)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,證明它是帶負(fù)電的粒子流并求出其比荷。②換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)值都相同,是氫離子比荷的近兩千倍。證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。(2)電子①組成陰極射線的粒子稱(chēng)為電子。②密立根“油滴實(shí)驗(yàn)〞結(jié)論2.湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型,他認(rèn)為原子是一個(gè)球體,正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi),電子鑲嵌其中。3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置:α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:①絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后,根本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn);②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn);③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角度大于90°,甚至有極個(gè)別α粒子幾乎被“撞了回來(lái)〞。(3)實(shí)驗(yàn)意義:盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn),否認(rèn)了湯姆孫的原子模型,建立了核式結(jié)構(gòu)模型。4.核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出,在原子中心有一個(gè)很小的核,叫原子核。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。5.原子核的電荷與尺度二、氫原子光譜1.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律巴耳末線系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線,其波長(zhǎng)公式eq\f(1,λ)=Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)-\f(1,n2)))(n=3,4,5,…),R是里德伯常量,R=1.10×107m-1,n為量子數(shù)。2.玻爾理論(1)定態(tài):原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量。(2)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定,即hν=Em-En。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)(3)軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)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。3.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)圖,如下圖(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑①氫原子的能級(jí)公式:En=eq\f(1,n2)E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV。②氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱(chēng)玻爾半徑,其數(shù)值為r1=0.53×10-10m【思考判斷】1.原子中絕大局部是空的,原子核很小(√)2.核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)是盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的根底上提出的(√)3.氫原子光譜是由一條一條亮線組成的(√)4.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜,也成功地解釋了氦原子光譜(×)5.按照玻爾理論,核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上(×)6.人們認(rèn)識(shí)原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開(kāi)始的(√)考點(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)模型(-/b)[典例剖析]【例1】(多項(xiàng)選擇)如圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個(gè)位置時(shí),關(guān)于觀察到的現(xiàn)象,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比放在A位置時(shí)稍微少些C.放在C,D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D.放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光,但次數(shù)極少解析盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí),得到以下結(jié)論:大局部α粒子都能直接穿過(guò)金箔,個(gè)別的發(fā)生偏轉(zhuǎn),極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),故A、D正確,B、C錯(cuò)誤。答案AD【例2】關(guān)于陰極射線的本質(zhì),以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.陰極射線本質(zhì)是氫原子B.陰極射線本質(zhì)是電磁波C.陰極射線本質(zhì)是電子D.陰極射線本質(zhì)是X射線解析陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子,關(guān)于陰極射線是電磁波、X射線都是在研究陰極射線過(guò)程中的一些假設(shè),是錯(cuò)誤的。答案C[針對(duì)訓(xùn)練]1.(多項(xiàng)選擇)盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,知道了()A.原子具有核式結(jié)構(gòu)B.原子核內(nèi)有中子存在C.原子核是由質(zhì)子和中子組成的D.在原子中,原子核占有的空間很小解析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明原子是由原子核和核外電子組成的,原子核集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,而且原子核占有空間很小,但無(wú)法說(shuō)明原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu),因此選項(xiàng)A、D正確,B、C錯(cuò)誤。答案AD2.在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng),以下各圖畫(huà)出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過(guò)程的徑跡,其中正確的選項(xiàng)是()解析金箔中的原子核與α粒子都帶正電,α粒子接近原子核過(guò)程中受到斥力而不是引力作用,A、D錯(cuò)誤;由原子核對(duì)α粒子的斥力作用及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件,知曲線軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向受力一方,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確。答案C考點(diǎn)二氫原子光譜(-/b)玻爾的原子模型(-/c)[要點(diǎn)突破]1.解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問(wèn)題應(yīng)注意:(1)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hν=Em-En求得。假設(shè)求波長(zhǎng)可由公式c=λν求得。(2)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1)。(3)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N=Ceq\o\al(2,n)=eq\f(n〔n-1〕,2)。②利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫(huà)出,然后相加。2.幾種躍遷情況說(shuō)明(1)原子躍遷條件hν=Em-En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。(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí),也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收,使氫原子電離。當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV時(shí),氫原子電離后,電子具有一定的初動(dòng)能。(3)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或局部被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差[典例剖析]【例1】如下圖為氫原子的四個(gè)能級(jí),其中E1為基態(tài),假設(shè)氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2,氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3,那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.原子A可能輻射出3種頻率的光子B.原子B可能輻射出3種頻率的光子C.原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4D.原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4解析原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1,只輻射一種頻率的光子,A錯(cuò)誤;原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射三種頻率的光子,B正確;由原子能級(jí)躍遷理論可知,原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時(shí)放出的光子并躍遷到E3,但不能躍遷到E4,C錯(cuò)誤;A原子發(fā)出的光子能量ΔE=E2-E1大于E4-E3,故原子B不可能躍遷到能級(jí)E4,D錯(cuò)誤。答案B【例2】對(duì)于基態(tài)氫原子,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.它能吸收10.2eV的光子B.它能吸收11eV的光子C.它能吸收動(dòng)能為10eV的電子的能量D.它能吸收具有11eV動(dòng)能的電子的全部動(dòng)能解析注意到光子能量只能全部被吸收,而電子能量那么可以局部被吸收。10.2eV剛好是n=1、n=2的能級(jí)差,而11eV不是,由玻爾理論知A正確;基態(tài)氫原子只可吸收動(dòng)能為11eV的電子的局部能量(10.2eV),剩余0.8eV仍為原來(lái)電子所有。答案A[針對(duì)訓(xùn)練]1.(多項(xiàng)選擇)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā),以下措施中可行的是()A.用10.2eV的光子照射B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用11eV的電子碰撞解析-13.6eV+10.2eV=-3.4eV,而E2=-3.4eV,故A正確;-13.6eV+11eV=-2.6eV,不符合hν=Em-En(m>n)的條件,故B錯(cuò)誤;14eV>13.6eV,已經(jīng)足以使氫原子電離,故C正確;用11eV的電子碰撞,E2-E1=10.2eV<11eV,故D正確。答案ACD2.大量氫原子從n=5的激發(fā)態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí),產(chǎn)生的光譜條數(shù)是()A.4條 B.6條C.8條 D.10條解析由N=eq\f(n〔n-1〕,2)計(jì)算得N=10,選項(xiàng)D正確。答案D3.如下圖為氫原子能級(jí)示意圖的一局部,那么氫原子()A.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)B.從n=5能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比從n=5能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)輻射出電磁波的速度大C.處于不同能級(jí)時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的D.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),氫原子核一定向外放出能量解析由hν=Em-En和ν=eq\f(c,λ)結(jié)合能級(jí)圖知A正確,B錯(cuò)誤;處于不同能級(jí)時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率不一樣,C錯(cuò)誤;從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),是氫原子向外放出能量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案A1.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于原子結(jié)構(gòu),以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律B.盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性C.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子內(nèi)部存在帶負(fù)電的電子D.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了湯姆孫關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型〞解析玻爾提出的原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律;盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型不能解釋原子的穩(wěn)定性;盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子具有核式結(jié)構(gòu),否認(rèn)了湯姆孫關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型〞,故A、D正確,B、C錯(cuò)誤。答案AD2.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于玻爾的原子模型理論,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中B.原子的能量狀態(tài)不可能是連續(xù)的C.原子的核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),要向外輻射能量D.原子的核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),不向外輻射能量解析由玻爾的原子模型知原子的能量是不連續(xù)的,是量子化的,電子在定態(tài)軌道上繞核運(yùn)動(dòng)時(shí),不向外輻射能量,處于定態(tài),只有從高能級(jí)軌道向低能級(jí)軌道躍遷時(shí),才向外輻射能量。答案BD3.(多項(xiàng)選擇)(2022·浙江10月選考)氫原子從n=6能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射出頻率為ν1的光子,從n=5能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射出頻率為ν2的光子。以下說(shuō)法中,正確的選項(xiàng)是()A.頻率為ν1的光子的能量較大B.頻率為ν1的光子的動(dòng)量較大C.做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí),頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大D.做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí),頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能較大解析氫原子從不同能級(jí)躍遷到同一能級(jí)時(shí),能級(jí)差越大,輻射的能量就越大,輻射的光子的頻率越高,波長(zhǎng)越短,根據(jù)p=eq\f(h,λ)知,波長(zhǎng)越短動(dòng)量越大,選項(xiàng)A、B正確;做雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí),由Δx=eq\f(L,d)λ知,頻率為ν1的光子的波長(zhǎng)短,干預(yù)條紋的間距小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)方程可知,頻率高的光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大,選項(xiàng)D正確。答案ABD4.(多項(xiàng)選擇)氫原子能級(jí)圖如下圖,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656nm。以下判斷中,正確的選項(xiàng)是()A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB.用波長(zhǎng)為325nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí)C.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)解析由E初-E終=hν=heq\f(c,λ)可知,氫原子躍遷時(shí)始末能級(jí)差值越大,輻射的光子能量越高、波長(zhǎng)越短,由能級(jí)圖知E3-E2<E2-E1,應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由eq\f(-1.51-〔-3.4〕,-3.4-〔-13.6〕)=eq\f(λ,656)得λ=121.6nm<325nm,應(yīng)選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由Ceq\o\al(2,3)=3可知選項(xiàng)C正確;因躍遷中所吸收光子的能量必須等于始末能級(jí)的差值,即從n=2躍遷到n=3的能級(jí)時(shí)必須用波長(zhǎng)為λ=656nm的光照射,應(yīng)選項(xiàng)D正確。答案CD[根底過(guò)關(guān)]1.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于陰極射線,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電的輝光放電現(xiàn)象B.陰極射線是在真空管內(nèi)由陰極發(fā)出的電子流C.陰極射線是組成物體的原子D.陰極射線沿直線傳播,但可被電場(chǎng)、磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)解析陰極射線是在真空管中由陰極發(fā)出的電子流,B正確,A錯(cuò)誤;電子是原子的組成局部,C錯(cuò)誤;電子可被電場(chǎng)、磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn),D正確。答案BD2.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于玻爾的原子模型,以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A.它徹底否認(rèn)了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)B.它開(kāi)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)C.它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論D.它引入了普朗克的量子理論解析玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)模型的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級(jí)躍遷,故A錯(cuò)誤,B正確;它的成功就在于引入了量子化理論,缺點(diǎn)是被過(guò)多引入的經(jīng)典力學(xué)所困,故C錯(cuò)誤,D正確。答案BD3.(多項(xiàng)選擇)根據(jù)玻爾理論,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度,就要向外輻射電磁波B.處于定態(tài)的原子,其電子做變速運(yùn)動(dòng),但它并不向外輻射能量C.原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的D.原子能級(jí)躍遷時(shí),輻射或吸收光子的能量取決于兩個(gè)軌道的能量差解析根據(jù)玻爾理論,電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度,但并不向外輻射能量,也不會(huì)向外輻射電磁波,應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;玻爾理論中的第二條假設(shè),就是電子繞核運(yùn)動(dòng)可能的軌道半徑是量子化的,不連續(xù)的,選項(xiàng)C正確;原子在發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí),要放出或吸收一定頻率的光子,光子能量取決于兩個(gè)軌道的能量差,應(yīng)選項(xiàng)D正確。答案BCD4.(多項(xiàng)選擇)以下表達(dá)中,正確的選項(xiàng)是()A.湯姆孫根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子的棗糕式模型B.盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C.湯姆孫最早發(fā)現(xiàn)了電子D.盧瑟福最早發(fā)現(xiàn)了電子解析湯姆孫最先發(fā)現(xiàn)了電子。α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是大局部α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng),少局部發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過(guò)90°甚至到達(dá)180°,說(shuō)明原子的幾乎全部質(zhì)量與全部正電荷都集中在很小的核上,據(jù)此盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,正確答案為B、C。答案BC5.根據(jù)玻爾理論,以下關(guān)于氫原子的論述正確的選項(xiàng)是()A.假設(shè)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷,那么氫原子要輻射的光子能量為hν=EnB.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),假設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)的頻率為ν,那么其發(fā)光的頻率也是νC.一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道,ra>rb,那么此過(guò)程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后,將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷解析原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光子能量等于能級(jí)差,與En不相等,故A錯(cuò)誤;電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),處于某一定態(tài),不向外輻射能量,故B錯(cuò)誤;電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道,能級(jí)降低,因而要輻射某一頻率的光子,故C正確;原子吸收光子后能量增加,能級(jí)升高,故D錯(cuò)誤。答案C[能力提升]6.(多項(xiàng)選擇)(2022·浙江10月選考)如圖為氫原子能級(jí)圖,氫原子中的電子從n=5能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)可產(chǎn)生a光;從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)可產(chǎn)生b光。a光和b光的波長(zhǎng)分別為λa和λb,照射到逸出功為2.29eV的金屬鈉外表均可產(chǎn)生光電效應(yīng),遏止電壓分別為Ua和Ub。那么()A.λa>λbB.Ua>UbC.a光的光子能量為2.86eVD.b光產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能Ek=0.26eV解析根據(jù)能級(jí)躍遷知識(shí)hνa=E5-E2=-0.54-(-3.4)eV=2.86eV,hνb=E4-E2=-0.85-(-3.4)eV=2.55eV,顯然a光子的能量大于b光子的能量,即a光頻率大于b光頻率,由λ=eq\f(c,ν)知λa<λb,所以A錯(cuò)誤,C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,最大初動(dòng)能Ek=hν-W0,所以a光照射金屬鈉后的最大初動(dòng)能為Eka=(2.86-2.29)eV=0.57eV,b光照射金屬鈉后的最大初動(dòng)能為Ekb=(2.55-2.29)eV=0.26eV,選項(xiàng)D正確;根據(jù)截止電壓知識(shí)可知Ua>Ub,選項(xiàng)B正確。答

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