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1、最新滬科版高中物理選修（3-5）第3章《原子世界探秘》章末總結(jié) 學(xué)案 網(wǎng)絡(luò)?構(gòu)建區(qū) 『電子的發(fā)現(xiàn)｛ 場姆生的發(fā)現(xiàn);陰極射線為甩壬流 電子發(fā)現(xiàn)的意義:原子可以蔽 「瀚姆生棗棉模型 原子結(jié)構(gòu) 盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型 （能量量子化 L上行朝J玻爾原子結(jié)構(gòu)模型軌道量子化 m > n) ,原子模型［ t+加存工L F p / 能級躍遷:出」=% - % （ L氫原子光譜和光譜分析 （吸收光譜 光譜］一 發(fā)射光譜｛IS 5 / 5 光譜分析:用線狀譜和吸收光譜分析物質(zhì)的化學(xué)組成等 歸納同類專題熟練解題技巧 專題,整合區(qū) 一、對a粒子散射實驗及核式結(jié)構(gòu)模型的理解

2、【例1】關(guān)于a粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是（ ） A.絕大多數(shù)a粒子沿原方向運動，說明正電荷在原子內(nèi)均勻分布 ，是a粒子受力平衡的結(jié)果 B.絕大多數(shù) a粒子沿原方向運動，說明這些 a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) a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 a粒子大得多的粒子在原子 內(nèi)分布空間很小 D.極少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)的電子對 a粒子的吸引力很大 解析在a粒子散射實驗中，絕大多數(shù)a粒子沿原方向運動，說明a粒子未受到原子核明顯的 力的作用 也說明原子核相對原子來講很小 ，原子內(nèi)大部分空間是空的，故A錯,B對；極少數(shù)

3、 a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明受到原子核明顯的力的作用的空間在原子內(nèi)很小 ，a粒子偏轉(zhuǎn)而 原子核未動，說明原子核的質(zhì)量和電荷量遠(yuǎn)大于 a粒子的質(zhì)量和電荷量，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于 a 粒子的質(zhì)量，溫子打在電子上，不會有明顯偏轉(zhuǎn)，故C又1D錯. 答案 BC 二、對玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型的理解 1.玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型可概括為三個要點 ,一，一一 1 （1）能量的量子化En=n2E1（En為動能、電勢能之和）. （2）軌道的量子化 rn=n2r1. （3）能級躍遷量子化h尸Em — En（吸收或輻射一定頻率的光子 ）. 2.注意三個不同 （1） 一群氫原子與一個氫原子的不同：一個氫原

4、子在一次躍遷時只能輻射一個光子 ，故一個氫 原子處于量子數(shù)為 n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射的光譜條數(shù)為 n-1.而一群氫原子處于量子數(shù)為 n 的激發(fā)態(tài)時，由于向各個能級躍遷的可能性都存在 ，故可能輻射的光譜條數(shù)為 N = C2i = 1 IT 2 （2）躍遷與電離的不同 躍遷時只能吸收等于兩個能級差的光子；電離時只要原子吸收的能量 AE>Eg En,就可以 使處于定態(tài)n上的氫原子電離，當(dāng)AE>Eo— En時，電離后電子還具有一定的動能. （3）吸收光子躍遷與電子碰撞躍遷的不同 電子碰撞原子核時，只要電子的動能大于或等于某兩個能級能量差就可引起原子的激發(fā)躍 遷.但由于電子的動能不是一

5、份一份的 ，因此撞擊時可把部分動能傳給原子 ，剩余的部分自身 保留. 【例2】有一群氫原子處于量子數(shù) n = 4的激發(fā)態(tài)中，能發(fā)出幾種頻率的光子？其中最高頻 率、最低頻率各為多少？ 若有一個氫原子處于量子數(shù) n = 4的激發(fā)態(tài)時，最多能發(fā)出幾種頻率的光子？ 解析一群氫原子向低能級躍遷時，各種躍遷方式都會發(fā)生，即可以從n= 4的激光態(tài)躍遷到 n=3、n=2、n=l的各能級；再從 n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到 n=2、n=l的各能級；再從 n=2 的激發(fā)態(tài)躍遷到 n=1的 最高頻率的光子滿足 h v b —0.85 eV —(—13.6 eV) = 12.75 eV =2.04 10

6、—18 J, y b3.1 1015 Hz. 最低頻率的光子滿足 h y 2= — 0.85 eV —( — 1.51 eV) = 0.66 eV = 1.056 M0—19 J, 丫3 1.6 >1014 Hz. 一個氫原子處于量子數(shù)為 4的激發(fā)態(tài)時，最多能發(fā)出4—1 = 3（種）頻率的光子. 答案 6 種 3.1X015 Hz 1.6M014 Hz 3 種 【例3】當(dāng)用具有1.87 eV能量的光子照射n=3激發(fā)態(tài)的氫原子時，氫原子（ ） A.不會吸收這個光子 B.吸收該光子后被電離，電離后的動能為0.36 eV C.吸收該光子后被電離，電離后電子的動能為零 D.吸收該光子

7、后不會被電離 一，一 E1 解析 E3= E-= — 1.51 eV,即處于n= 3激發(fā)態(tài)的氫原子吸收大于或等于 1.51 eV能量的光 9 子后即會發(fā)生電離，所以具有1.87 eV能量的光子能被吸收，且電離后電子動能 Ek = （1.87- 1.51） eV = 0.36 eV.可見選項 B正確. 答案 B 【例4】用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子 ，觀測到了一定數(shù)目的光譜 線.調(diào)高電子的能量再次進行觀測 ，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了 5條.用 An表示兩次 觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)之差 ，E表示調(diào)高后電子的能量.根據(jù)氫原子的能級圖 （如圖1所 示）可以判

8、斷，AiO E的可能值為（ ） /I7654 3 / 8845 ] X 23S8 5 眺O.O.O.-O.1 O 二二 - 1 13.60 圖1 A. An= 1,13.22 eV

9、種可能性.又由于 是電子轟擊，故電子的能量必須大于或等于某兩個能級間的能量差 ，當(dāng)An= 2時應(yīng)滿足13.6 eV—0.85 eV

10、的能級值增大 解析由玻爾理論可知，當(dāng)氫原子輻射出一個光子后，氫原子將由高能級躍遷到低能級，即原 子的能級減小，同時，氫原子核外電子的軌道半徑將減小 ，故A、D選項錯誤.核外電子繞核 運動的向心力由氫核對電子的庫侖力提供 ，故有 e2 mv2 kr2= v 則電子的動能為 Ek=2mv2=ke2 可見r減小時，電子的動能增大,B選項正確. 當(dāng)核外電子的軌道半徑減小時 ，原子核對電子的庫侖力做正功 ，因而氫原子的電勢能減小 ,C 選項錯誤. 答案 B 自我,梏洌區(qū) 檢淵學(xué)習(xí)效果體聆成功快樂 1.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的說法中正確的是 （ ） A.電子的發(fā)現(xiàn)說明了原子內(nèi)部還有復(fù)雜結(jié)

11、構(gòu) B. “粒子散射實驗揭示了原子的核式結(jié)構(gòu) C. a粒子散射實驗中絕大多數(shù)都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn) D. a粒子散射實驗中有的 a粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，是a粒子與原子發(fā)生碰撞所致 答案 AB 解析 電子的發(fā)現(xiàn)，證明了原子內(nèi)部存在帶正電的物體 ，a粒子的散射實驗說明了原子內(nèi)部很 空曠，揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu). 2 . 一個氫原子中的電子從一半徑為 ra的軌道自發(fā)地直接躍遷至另一半徑為 rb的軌道，已知 ra>rb,則在此過程中( ) A.原子要輻射一系列頻率的光子 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,原子要輻射某一頻率的光子 答案 D 解析因為是從高

12、能級向低能級躍遷，所以應(yīng)放出光子，因此B、C錯誤.直接”從一能級躍 遷至另一能級，只對應(yīng)某一能級差，故只能輻射某一頻率的光子. 3 .已知氫原子的基態(tài)能量為一 13.6 eV,當(dāng)一群處于量子數(shù)為 n = 3的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)生躍 遷時，可能輻射的光子能量是( ) A. 1.5 eV B. 12.09 eV C. 1.89 eV、12.09 eV D. 1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV 答案 D 4.關(guān)于氫原子能級的躍遷，下列敘述中正確的是( ) A .用能量為20.75 eV的X射線照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離出自由電子 B.用能量為10.2 eV的光子照

13、射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) C.用能量為11.0 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) D.用能量為12.5 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) 答案 AB 解析氫原子的電離能 AE= 0-(-13.6) eV = 13.6 eV<20.75 eV 所以可使氫原子電離,A正確. 由 h 丫= Em — E1 得 Em1= h # E1 = 10.2 eV+(— 13.6) eV = - 3.4 eV Em2= 11.0 eV+(—13.6) eV = - 2.6 eV Em3= 12.5 eV+(—13.6) eV = - 1.1 eV

14、 由E = E2■得，只有Em1 = —3.4 eV對應(yīng)于n = 2的狀態(tài).由于電子繞核運動時吸收光子只能 吸收恰好為兩能級能量差的光子，所以只有B可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài). 5.汞原子的能級圖如圖 2所示,現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)的汞原子上 ，汞原子只 發(fā)出三種不同頻率的單色光.那么 ，關(guān)于入射光的能量，下列說法正確的是( ) n E7eV a 0 ] 104 圖2 A.可能大于或等于 7.7 eV B.可能大于或等于 8.8 eV C. 一定等于7.7 eV D.包含 2.8 eV、4.9 eV、7.7 eV 三種 答案 C 解析汞原子發(fā)出三種不

15、同頻率的單色光說明汞原子一定吸收能量從基態(tài)躍遷到 n=3的激 發(fā)態(tài)上 淇能級差為 AE= E3-E1 = 7.7 eV,故C正確. 6 .用12.6 eV的電子去轟擊處于基態(tài)的氫原子樣品時 ，能否引起氫原子的躍遷？若能引起 ， 則可以使氫原子躍遷到哪些能級上？若用 12.6 eV的光子去轟擊處于基態(tài)的氫原子樣品時 ， 能否引起氫原子的躍遷？ 答案能 n=2和n = 3不能 解析根據(jù)氫原子的能級圖并分析兩能級差可知 ，當(dāng)用電子去轟擊處于基態(tài)的氫原子樣品時 ， 因為 12.6 eV>10.2 eV,12.6 eV>12.09 eV,12.6 eV<12.75 eV,故可以使氫原子躍遷

16、到 n = 2和 n = 3的能級上.但用光子去轟擊處于基態(tài)的氫原子樣品時 ，入射光子的能量必須為兩能級的能 量差值，即10.2 eV、12.09 eV、12.75 eV、…所以用12.6 eV的光子去轟擊時不能引起氫原 子的躍遷. 7 .處于n= 3的氫原子能夠自發(fā)地向低能級躍遷 ， (1)躍遷過程中電子動能和原子能量如何變化？ (2)可能輻射的光子波長是多少？ (普朗克常量h = 6.63 10 —34 Js) 答案(1)電子動能增大，原子能量減小 (2)6.58 10—7 m 1.03 10-7 m 1.22 10—7 m 解析(1)電子從外軌道進入內(nèi)軌道，半徑變小，由于

17、詈=平則Ek = 1mv2=ke2,由此可知動 能增大；在此過程中，原子向外輻射光子，因此原子能量減小. (2)原子的可能躍遷及相應(yīng)波長 ①從n= 3至U n= 2 而 E3=- 1.51 eV,E2 = — 3.4 eV 由 h y= hc= Em — En 得 hc 6.63 10-34X3^08 "E3 —E2= 1.89 1.6 10—19 m = 6.58 M0 —7 m ②從n= 3至U n= 1 而 E1 = — 13.60 eV hc "E3-E1 6.63 10 —34X3M08 12.09 1.6 10—19 m= 1.03 10-7 m ③從n= 2到n= 1,則 hc E2-E1 6.63 10 —34X3M08 10.2 1.6 10-19 m= 1.22 10-7 m