《備考指南 物理 》課件-第12章 第2講

原子與原子核第十二章第2講原子結(jié)構(gòu)能級【考綱解讀】1.知道兩種原子結(jié)構(gòu)模型，會用玻爾理論解釋氫原子光譜.2.掌握氫原子的能級公式并能結(jié)合能級圖求解原子的躍遷問題．欄目導(dǎo)航01知識梳理回顧03核心素養(yǎng)改造02考點(diǎn)各個擊破04配套訓(xùn)練知識梳理回顧11．湯姆遜的“棗糕”模型(1)1897年__________發(fā)現(xiàn)電子，提出原子的“棗糕”模型，揭開了人類研究原子結(jié)構(gòu)的序幕．(2)“棗糕”模型：原子是一個球體，正電荷________分布在整個球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里．一盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型湯姆遜均勻2．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型(1)α粒子散射實驗的結(jié)果：____________α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但______α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，________α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°，有的甚至彈回．(2)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核，叫________，原子的所有________和幾乎____________都集中在原子核里，帶負(fù)電的______在核外繞核旋轉(zhuǎn)．(3)原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為________m，原子直徑的數(shù)量級約為________m.絕大多數(shù)少數(shù)極少數(shù)原子核正電荷所有質(zhì)量電子10－15

10－10

夯基題組1．(2018屆上海名校二模)在盧瑟福的粒子散射實驗中，有少數(shù)的粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，其原因是(

)A．原子是不可再分的B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中有帶負(fù)電的電子，電子會對粒子有引力作用D．原子的正電荷和絕大部分的質(zhì)量都集中在一個很小的核上【答案】D【解析】陰極射線的發(fā)現(xiàn)，說明原子是可再分的，選項A錯誤．α粒子和電子之間有相互作用力，它們接近時就有庫侖引力作用，但由于電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的1/7300，粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個灰塵碰撞一樣，α粒子質(zhì)量大，其運(yùn)動方向幾乎不改變．α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明三點(diǎn)：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較大的正電荷；三是這一粒子的體積很?。x項D正確，B、C錯誤．二氫原子光譜夯基題組2．(2019年沈陽期末)太陽的連續(xù)光譜中有許多暗線，它們對應(yīng)著某些元素的特征譜線．產(chǎn)生這些暗線是由于(

)A．太陽表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B．太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C．太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素D．太陽內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素【答案】C【解析】太陽光譜是太陽內(nèi)部發(fā)出的光在經(jīng)過太陽大氣的時候，被太陽大氣層中的某些元素吸收而產(chǎn)生的，是一種吸收光譜．所以太陽光的光譜中有許多暗線．它們對應(yīng)著太陽大氣層中的某些元素的特征譜線．選項C正確，A、B、D錯誤．1．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列_________的能量狀態(tài)中．在這些能量狀態(tài)中原子是________的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量．(2)躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝________.(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)動相對應(yīng)．原子的定態(tài)是__________，因此電子的可能軌道也是___________．三玻爾原子模型不連續(xù)穩(wěn)定Em－En

不連續(xù)的

不連續(xù)的

2．幾個概念(1)能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫做能級．(2)基態(tài)：原子能量________的狀態(tài)．(3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他狀態(tài)．(4)量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的_________．最低正整數(shù)－13.6

n2r1

5．氫原子的能級圖氫原子的能級圖如圖所示．夯基題組3．(2018屆北京名校二模)關(guān)于玻爾建立的氫原子模型，下列說法正確的是(

)A．氫原子處于基態(tài)時，電子的軌道半徑最大B．氫原子在不同能量態(tài)之間躍遷時可以吸收任意頻率的光子C．氫原子從基態(tài)向較高能量態(tài)躍遷時，電子的動能減小D．氫原子從基態(tài)向較高能量態(tài)躍遷時，系統(tǒng)的電勢能減小【答案】C4．(2018年門頭溝區(qū)二模)一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，則關(guān)于氫原子判斷正確的是(

)A．吸收光子，能量增加 B．吸收光子，能量減少C．放出光子，能量增加 D．放出光子，能量減少【答案】D【解析】氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，原子能量減小，向外輻射光子，輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，故D正確，A、B、C錯誤．5．處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有(

)A．1種 B．2種C．3種 D．4種【答案】C【解析】大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，輻射的光子的頻率有C＝3種．選項C正確，A、B、D錯誤．考點(diǎn)各個擊破21909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了α粒子散射實驗．考點(diǎn)1

α粒子散射實驗及原子核式結(jié)構(gòu)模型熒光屏可以沿著圖中虛線轉(zhuǎn)動，用來統(tǒng)計向不同方向散射的粒子數(shù)目．全部設(shè)備裝在真空中．1．實驗裝置如圖所示，用α粒子轟擊金箔，由于金原子中的帶電微粒對α粒子有庫侖斥力，一些α粒子穿過金箔后改變了運(yùn)動方向．這種現(xiàn)象叫做α粒子散射．2．α粒子散射實驗結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°.3．現(xiàn)象解釋認(rèn)為原子中的全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在一個很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿過金箔時都離核很遠(yuǎn)，受到的庫侖力很小，它們的運(yùn)動幾乎不受影響；只有少數(shù)α粒子從原子核附近飛過，明顯受到原子核的庫侖力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．例1

(2019屆淮北名校期末)上面實驗裝置是英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔的實驗裝置．下列關(guān)于該實驗的描述錯誤的是(

)A．α粒子轟擊金箔的實驗需在真空條件下完成B．α粒子的散射實驗揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C．實驗結(jié)果表明絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后沒有發(fā)生散射D．α粒子從金原子內(nèi)部穿出后攜帶了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息【答案】B【解析】當(dāng)α粒子穿過原子時，電子對α粒子影響很小，影響α粒子運(yùn)動的主要是原子核．離核遠(yuǎn)則α粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向改變??；只有當(dāng)α粒子與核十分接近時才會受到很大庫侖斥力．而原子核很小，所以α粒子接近它的機(jī)會很少，所以只有極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)．α粒子轟擊金箔的實驗需在真空條件下完成，選項A正確．α粒子的散射實驗揭示了原子具有復(fù)雜的核式結(jié)構(gòu)，選項B錯誤．實驗結(jié)果表明絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后不發(fā)生散射，選項C正確．α粒子從金原子內(nèi)部出來后攜帶了原子內(nèi)部的信息，選項D正確．

思路α粒子散射實驗的現(xiàn)象為：α粒子穿過原子時，只有當(dāng)α粒子與核十分接近時才會受到很大的庫侖斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的機(jī)會就很小，所以只有極少數(shù)大角度偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)．練1

如圖所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn)．在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止．圖中所標(biāo)出的α粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是(

)A．M點(diǎn) B．N點(diǎn)C．P點(diǎn) D．Q點(diǎn)【答案】C【解析】α粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同．帶電粒子加速度方向沿相應(yīng)點(diǎn)與重金屬原子核連線指向軌跡曲線的凹側(cè)，故只有選項C正確．盧瑟福通過α粒子散射提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．該實驗的現(xiàn)象為：絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°，被反彈回來)．本題考查了盧瑟福α粒子散射實驗的現(xiàn)象，難度不大，屬于基礎(chǔ)題．1．原子能量：＝＋＝，隨增大而增大，其中1＝－13.6.2．電子動能：電子繞氫原子核運(yùn)動時靜電力提供向心力，即＝，所以＝，隨增大而減?。?．電勢能通過庫侖力做功判斷電勢能的增減．當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減小；反之，軌道半徑增大時，電勢能增加．考點(diǎn)2對氫原子各能級的能量關(guān)系的理解例2

按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量________(填“越大”或“越小”)．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為1(1<0)，電子質(zhì)量為.基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子被電離后，電子速度大小為________(普朗克常量為)．【答案】越大【解析】電子離原子核越遠(yuǎn)電勢能越大，原子能量也就越大．根據(jù)動能定理有＋1＝2，所以電離后電子速度為

.例2

按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量________(填“越大”或“越小”)．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為1(1<0)，電子質(zhì)量為.基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子被電離后，電子速度大小為________(普朗克常量為)．【答案】越大【解析】電子離原子核越遠(yuǎn)電勢能越大，原子能量也就越大．根據(jù)動能定理有＋1＝2，所以電離后電子速度為

.

思路根據(jù)玻爾理論，軌道半徑越大，原子能量越大，再由動能定理可求解問題．練2

氫原子在基態(tài)時軌道半徑r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6eV.求氫原子處于基態(tài)時：(1)電子的動能；(2)原子的電勢能；(3)用波長是多少的光照射可使其電離？【答案】(1)13.6eV

(2)－27.2eV

(3)9.14×10－8m1．原子從低能級向高能級躍遷的能量情況：吸收一定能量的光子．當(dāng)一個光子的能量滿足hν＝E末－E初時才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷．而當(dāng)光子能量hν大于或小于E末－E初時都不能被原子吸收．2．原子從高能級向低能級躍遷的能量情況：以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差．3．電離時的能量：當(dāng)光子能量大于或等于原子所處的能級絕對值時，可以被氫原子吸收，使氫原子電離，多余的能量作為電子的初動能．1．原子躍遷的條件(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，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，氫原子電離后，電子具有一定的初動能．考點(diǎn)3氫原子的躍遷條件與規(guī)律(3)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)．由于實物粒子的動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的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級躍遷．2．躍遷中兩個易混問題(1)一群原子和一個原子：氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種．但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)了．(2)直接躍遷與間接躍遷：原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷．兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的．直接躍遷時輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時輻射(或吸收)的所有光子的能量和．C．使n＝4能級的氫原子電離至少要0.85eV的能量D．若從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)【答案】BC【解析】在躍遷的過程中釋放的光子的能量等于兩能級之差．故從n＝4躍遷到n＝3時釋放光子的能量最小，頻率最小，波長最長，所以A錯誤．由題意知6種光子中有2種屬于巴耳末系，它們分別是從n＝4躍遷到n＝2和從n＝3躍遷到n＝2時釋放的光子，故B正確．E4＝－0.85eV，故n＝4能級的電離能等于0.85eV，所以C正確．由題圖知，從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子的能量小于n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量，所以D錯誤．

思路激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，能級差越大，發(fā)射光子的頻率越大．而巴耳末系是高能級向n＝2能級躍遷時發(fā)射的光子，可看出有2種．核心素養(yǎng)改造3問題專攻：玻爾理論的理解1．軌道量子化軌道半徑只能夠是一些不連續(xù)的、分立的數(shù)值．模型中保留了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)，但玻爾認(rèn)為核外電子的軌道是不連續(xù)的，