物理選修3-5全套講義第二章原子結(jié)構(gòu)章末整合提升2

一、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)及核式結(jié)構(gòu)模型的理解1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”．2．核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，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)，電子繞核旋轉(zhuǎn)．【例1】(多選)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是()A．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說明正電荷在原子內(nèi)均勻分布，是α粒子受力平衡的結(jié)果B．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說明這些α粒子未受到明顯的力的作用，說明原子是“中空”的C．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)質(zhì)量和電荷量比α粒子大得多的粒子在原子內(nèi)分布空間很小D．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)的電子對(duì)α粒子的吸引力很大答案BC解析在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說明α粒子未受到原子核明顯的力的作用，也說明原子核相對(duì)原子來講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故A錯(cuò)，B對(duì)；極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明受到金原子核明顯的力的作用的空間在原子內(nèi)很小，α粒子偏轉(zhuǎn)，而金原子核未動(dòng)，說明金原子核的質(zhì)量和電荷量遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量和電荷量，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子，α粒子打在電子上，α粒子不會(huì)有明顯偏轉(zhuǎn)，故C對(duì)，D錯(cuò)．二、對(duì)玻爾原子模型的理解1．氫原子的能級(jí)對(duì)氫原子而言，核外的一個(gè)電子繞核運(yùn)行時(shí)，若半徑不同，則對(duì)應(yīng)的原子能量也不同．原子各能級(jí)的關(guān)系為En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3…)對(duì)于氫原子而言，基態(tài)能級(jí)：E1＝－13.6eV2．氫原子的能級(jí)圖如圖1所示．圖1【例2】已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑為r1＝0.528×10－10m，量子數(shù)為n的能級(jí)值為En＝eq\f(－13.6,n2)eV.(1)求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能；(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)，畫一張能級(jí)圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出的光譜線；(3)計(jì)算這幾種光譜線中最短的波長(zhǎng)．(靜電力常量k＝9×109N·m2/C2，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.0×10答案見解析解析(1)核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，庫侖引力提供向心力，則eq\f(ke2,r\o\al(2,1))＝eq\f(mv2,r1)，又知Ek＝eq\f(1,2)mv2，故電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為：Ek＝eq\f(ke2,2r1)＝eq\f(9×109×1.6×10－192,2×0.528×10－10)J≈2.18×10－18J≈13.6eV.(2)當(dāng)n＝1時(shí)，能級(jí)值為E1＝eq\f(－13.6,12)eV＝－13.6eV.當(dāng)n＝2時(shí)，能級(jí)值為E2＝eq\f(－13.6,22)eV＝－3.4eV.當(dāng)n＝3時(shí)，能級(jí)值為E3＝eq\f(－13.6,32)eV≈－1.51eV.能發(fā)出的光譜線分別為3→2,2→1,3→1共3種，能級(jí)圖如圖所示．(3)由E3向E1躍遷時(shí)發(fā)出的光子頻率最大，波長(zhǎng)最短．hν＝E3－E1，又知ν＝eq\f(c,λ)，則有λ＝eq\f(hc,E3－E1)＝eq\f(6.63×10－34×3.0×108,[－1.51－－13.6]×1.6×10－19)m≈1.03×10－7針對(duì)訓(xùn)練1(多選)下列對(duì)玻爾原子理論的評(píng)價(jià)正確的是()A．玻爾原子理論成功解釋了氫原子光譜規(guī)律，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)B．玻爾原子理論的成功之處是引入了量子概念C．玻爾原子理論的成功之處是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點(diǎn)D．玻爾原子理論與原子的核式結(jié)構(gòu)是完全對(duì)立的答案AB解析玻爾原子理論成功解釋了氫原子的發(fā)光問題，其成功之處是引入了量子化理論，局限是保留了經(jīng)典理論中的一些觀點(diǎn)，故A、B對(duì)，C錯(cuò)；它繼承并發(fā)展了原子的核式結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，故D錯(cuò)．三、原子的能級(jí)躍遷與電離1．能級(jí)躍遷的兩種方式(1)輻射和吸收光子發(fā)生躍遷，可表示如下：高能級(jí)低能級(jí)En(2)吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而發(fā)生躍遷．由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差(E＝Em－En，m>n)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷．2．電離的兩種方式(1)吸收光子能量發(fā)生電離．當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離．(2)與實(shí)物粒子撞擊發(fā)生電離．由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于氫原子所處的能級(jí)的能量，均可使原子發(fā)生電離．【例3】將氫原子電離，就是從外部給電子能量，使其從基態(tài)或激發(fā)態(tài)脫離原子核的束縛而成為自由電子．(1)若要使n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的光照射該氫原子？(2)若用波長(zhǎng)為200nm的紫外線照射處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子，則電子飛到離核無窮遠(yuǎn)處時(shí)的速度多大？(電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子質(zhì)量me＝9.1×10－答案(1)8.21×1014Hz(2)9.95×105解析(1)n＝2時(shí)，E2＝－eq\f(13.6,22)eV＝－3.4eV所謂電離，就是使處于基態(tài)或激發(fā)態(tài)的原子的核外電子躍遷到n＝∞的軌道，n＝∞時(shí)，E∞＝0.所以，要使處于n＝2激發(fā)態(tài)的原子電離，電離能為ΔE＝E∞－E2＝3.4eVν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(3.4×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈8.21×1014Hz.(2)波長(zhǎng)為200nm的紫外線一個(gè)光子所具有的能量E0＝hν＝6.63×10－34×eq\f(3×108,200×10－9)J＝9.945×10－19J電離能ΔE＝3.4×1.6×10－19J＝5.44×10－19J由能量守恒hν－ΔE＝eq\f(1,2)mv2代入數(shù)值解得v≈9.95×105針對(duì)訓(xùn)練2一個(gè)氫原子處于基態(tài)，用光子能量為15eV的光去照射該原子，問能否使氫原