《（浙江專版）2019版高考物理大一輪復習 第十二章 動量守恒定律 波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 第3課時 原子結(jié)構(gòu)學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江專版）2019版高考物理大一輪復習 第十二章 動量守恒定律 波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 第3課時 原子結(jié)構(gòu)學案（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第3課時　原子結(jié)構(gòu) 一、原子結(jié)構(gòu) 1.電子的發(fā)現(xiàn) (1)英國物理學家湯姆孫使用氣體放電管對陰極射線進行了一系列實驗研究。 ①讓陰極射線分別通過電場和磁場，根據(jù)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，證明它是帶負電的粒子流并求出其比荷。 ②換用不同材料的陰極做實驗，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為電子。 ②密立根“油滴實驗”結(jié)論 2.湯姆孫原子模型 湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。 3.α粒子散射實驗 (1)實驗裝置：α粒子源、

2、金箔、放大鏡和熒光屏。 (2)實驗現(xiàn)象： ①絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進； 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°，甚至有極個別α粒子幾乎被“撞了回來”。 (3)實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定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，電子在核外空間運動。 5.原子核的電荷與尺度 二、氫原子光譜 1.氫原子光譜的實驗規(guī)律 巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式＝R(n＝3，4，5

3、，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－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，電子雖然繞核運動，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，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·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動相對應。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、能級公式 (1)氫原子的能級圖，如圖所示 (2)氫原子

4、的能級和軌道半徑 ①氫原子的能級公式：En＝E1 (n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV。 ②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1 (n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10 m。 【思考判斷】 1.原子中絕大部分是空的，原子核很小( √ ) 2.核式結(jié)構(gòu)學說是盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎上提出的( √ ) 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不連續(xù)的軌道上( × ) 6.

5、人們認識原子具有復雜結(jié)構(gòu)是從英國物理學家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的( √ ) 考點一　原子的核式結(jié)構(gòu)模型(－/b) [典例剖析] 【例1】 (多選)如圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時，關于觀察到的現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A.相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B.相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)只比放在A位置時稍微少些 C.放在C，D位置時屏上觀察不到閃光 D.放在D位置時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粒子散射實驗時，得到以下結(jié)

6、論：大部分α粒子都能直接穿過金箔，個別的發(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錯誤。 答案　AD 【例2】 關于陰極射線的本質(zhì)，下列說法正確的是(　　) 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，關于陰極射線是電磁波、X射線都是在研究陰極射線過程中的一些假設，是錯誤的。 答案　C [針對訓練] 1.(多選)盧瑟福通過對α粒子散射實驗結(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

7、核占有的空間很小 解析　α粒子散射實驗結(jié)果說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，但無法說明原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此選項A、D正確，B、C錯誤。 答案　AD 2.在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是(　　) 解析　金箔中的原子核與α粒子都帶正電，α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯誤；由原子核對α粒子的斥力作用及物體做曲線運動的條件，知曲線軌跡的凹側(cè)應指向受力一方，選項B錯誤，C正確。 答案　C 考點二　氫原子光譜

8、(－/b)　玻爾的原子模型(－/c) [要點突破] 1.解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應注意： (1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得。若求波長可由公式c＝λν求得。 (2)一個氫原子躍遷發(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)學中的組合知識求解：N＝C＝。 ②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。 2.幾種躍遷情況說明 (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)當光子能量大于或等于13.6

9、 eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離。當處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。 (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 [典例剖析] 【例1】 如圖所示為氫原子的四個能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是(　　) 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E4 D.原子B能夠

10、吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級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；由原子能級躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯誤；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E4，D錯誤。 答案　B 【例2】 對于基態(tài)氫原子，下列說法正確的是(　　) A.它能吸收10.2 eV的光子 B.它能吸收11 eV的光子 C.它能吸收動能為10 eV的電子的能量 D.它能吸收具有11 eV動能的電子的全部動能

11、 解析　注意到光子能量只能全部被吸收，而電子能量則可以部分被吸收。10.2 eV剛好是n＝1、n＝2的能級差，而11 eV不是，由玻爾理論知A正確；基態(tài)氫原子只可吸收動能為11 eV的電子的部分能量(10.2 eV)，剩余0.8 eV仍為原來電子所有。 答案　A [針對訓練] 1.(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施中可行的是(　　) A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用11 eV的電子碰撞 解析?。?3.6 eV＋10.2 eV＝－3.4 eV，而E2＝－3.4 eV，故A正確；－13.6 eV＋11

12、eV＝－2.6 eV，不符合hν＝Em－En(m>n)的條件，故B錯誤；14 eV>13.6 eV，已經(jīng)足以使氫原子電離，故C正確；用11 eV的電子碰撞，E2－E1＝10.2 eV<11 eV，故D正確。 答案　ACD 2.大量氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時，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＝計算得N＝10，選項D正確。 答案　D 3.如圖所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子(　　) A.從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出電磁波的波長長 B.從n＝5能級躍遷到n＝1能級比從n＝

13、5能級躍遷到n＝4能級輻射出電磁波的速度大 C.處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 D.從高能級向低能級躍遷時，氫原子核一定向外放出能量 解析　由hν＝Em－En和ν＝結(jié)合能級圖知A正確，B錯誤；處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率不一樣，C錯誤；從高能級向低能級躍遷時，是氫原子向外放出能量，D項錯誤。 答案　A 1.(多選)關于原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是(　　) A.玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實驗規(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粒子散射實驗表明原子內(nèi)部存在帶負電的電子 D.盧瑟福的α粒子散射實驗否定了湯姆

14、孫關于原子結(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驗規(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粒子散射實驗表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，否定了湯姆孫關于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”，故A、D正確，B、C錯誤。 答案　AD 2.(多選)關于玻爾的原子模型理論，下列說法正確的是(　　) 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動時，要向外輻射能量 D.原子的核外電子在軌道上運動時，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)軌道上繞核運動時，不向外輻射能量，

15、處于定態(tài)，只有從高能級軌道向低能級軌道躍遷時，才向外輻射能量。 答案　BD 3.(多選)(2015·浙江10月選考)氫原子從n＝6能級躍遷到n＝2能級時輻射出頻率為ν1的光子，從n＝5能級躍遷到n＝2能級時輻射出頻率為ν2的光子。下列說法中，正確的是(　　) A.頻率為ν1的光子的能量較大 B.頻率為ν1的光子的動量較大 C.做雙縫干涉實驗時，頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大 D.做光電效應實驗時，頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大 解析　氫原子從不同能級躍遷到同一能級時，能級差越大，輻射的能量就越大，輻射的光子的頻率越高，波長越短，根據(jù)p＝知，波長越短動量越大，選項A、

16、B正確；做 雙縫干涉實驗時，由Δx＝λ知，頻率為ν1的光子的波長短，干涉條紋的間距小，選項C錯誤；由光電效應方程可知，頻率高的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能大，選項D正確。 答案　ABD 4.(多選)氫原子能級圖如圖所示，當氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm。下列判斷中，正確的是(　　) A.氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656 nm B.用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級 C.一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線 D.用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n

17、＝3的能級 解析　由E初－E終＝hν＝h可知，氫原子躍遷時始末能級差值越大，輻射的光子能量越高、波長越短，由能級圖知E3－E2

18、線傳播，但可被電場、磁場偏轉(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錯誤；電子是原子的組成部分，C錯誤；電子可被電場、磁場偏轉(zhuǎn)，D正確。 答案　BD 2.(多選)關于玻爾的原子模型，下列說法中正確的是(　　) A.它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學說 B.它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學說 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、能量量子化及能級躍遷，故A錯誤，B正確；它的成功就在于引入了量子化理論，缺點是被過多引入的經(jīng)典力學所困，故C錯誤，D正確。 答案　BD 3.(多選)根據(jù)玻爾理論

19、，以下說法正確的是(　　) A.電子繞核運動有加速度，就要向外輻射電磁波 B.處于定態(tài)的原子，其電子做變速運動，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.原子能級躍遷時，輻射或吸收光子的能量取決于兩個軌道的能量差 解析　根據(jù)玻爾理論，電子繞核運動有加速度，但并不向外輻射能量，也不會向外輻射電磁波，故選項A錯誤，選項B正確；玻爾理論中的第二條假設，就是電子繞核運動可能的軌道半徑是量子化的，不連續(xù)的，選項C正確；原子在發(fā)生能級躍遷時，要放出或吸收一定頻率的光子，光子能量取決于兩個軌道的能量差，故選項D正確。 答案　BCD 4.(多選)下列敘述中，正確的是(　　)

20、 A.湯姆孫根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子的棗糕式模型 B.盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，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粒子散射實驗的結(jié)果是大部分α粒子沿原方向運動，少部分發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90°甚至達到180°，說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　BC 5.根據(jù)玻爾理論，下列關于氫原子的論述正確的是(　　) A.若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷，則氫原子要輻射的光子能量為hν＝En B.電子沿某一軌道繞核

21、運動，若圓周運動的頻率為ν，則其發(fā)光的頻率也是ν C.一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道，已知ra>rb，則此過程原子要輻射某一頻率的光子 D.氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷 解析　原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，輻射的光子能量等于能級差，與En不相等，故A錯誤；電子沿某一軌道繞核運動，處于某一定態(tài)，不向外輻射能量，故B錯誤；電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級降低，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，能級升高，故D錯誤。 答案　C [能力提升] 6.(多選)(2016·浙江10月選考)如圖為氫

22、原子能級圖，氫原子中的電子從n＝5能級躍遷到n＝2能級可產(chǎn)生a光；從n＝4能級躍遷到n＝2能級可產(chǎn)生b光。a光和b光的波長分別為λa和λb，照射到逸出功為2.29 eV的金屬鈉表面均可產(chǎn)生光電效應，遏止電壓分別為Ua和Ub。則(　　) A.λa＞λb B.Ua＞Ub C.a光的光子能量為2.86 eV D.b光產(chǎn)生的光電子最大初動能Ek＝0.26 eV 解析　根據(jù)能級躍遷知識hνa＝E5－E2＝－0.54－(－3.4) eV＝2.86 eV，hνb＝E4－E2＝－0.85－(－3.4)eV＝2.55 eV，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＝知λa＜λ

23、b，所以A錯誤，C正確；根據(jù)光電效應方程可知，最大初動能Ek＝hν－W0，所以a光照射金屬鈉后的最大初動能為Eka＝(2.86－2.29) eV＝0.57 eV，b光照射金屬鈉后的最大初動能為Ekb＝(2.55－2.29)eV＝0.26 eV，選項D正確；根據(jù)截止電壓知識可知Ua＞Ub，選項B正確。 答案　BCD 7.一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程中(　　) A.可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線 B.可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條亮線 C.只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線 D.只發(fā)出頻率一定的光子，形

24、成光譜中的一條亮線 解析　當原子由高能級向低能級躍遷時，原子將發(fā)出光子，由于不只是兩個特定能級之間的躍遷，所以它可以發(fā)出一系列頻率的光子，形成光譜中的若干條亮線。 答案　B 8.根據(jù)玻爾理論，某原子從能量為E的軌道躍遷到能量為E′的軌道，輻射出波長為λ的光。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E′等于(　　) A.E－h(huán) B.E＋h C.E－h(huán) D.E＋h 解析　釋放的光子能量為hν＝h，所以E′＝E－h(huán)ν＝E－h(huán)。 答案　C 9.(多選)如圖為氫原子能級圖，現(xiàn)有一群處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子，則這些原子(　　) A.能發(fā)出3種不同頻率的光子 B.發(fā)出的光子最小能量是0.66 eV C.由n＝3躍遷到n＝2時發(fā)出的光子波長最長 D.由n＝3躍遷到n＝1時發(fā)出的光子頻率最高 解析　一群處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子，可能由n＝3向n＝2能級躍遷，可能由n＝3向n＝1能級躍遷，可能由n＝2向n＝1能級躍遷，可能發(fā)出3種不同頻率的光子，故A正確；由n＝3向n＝2能級躍遷發(fā)出的光子能量最小，則光子頻率也最小，波長最長，最小能量為－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，故B錯誤，C正確；n＝3和n＝1之間的能級差最大，則輻射的光子能量最大，頻率最高，故D正確。 答案　ACD 12