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1、第2講 原子結構氫原子光譜,【知識導圖】,絕大多數(shù),大角度偏轉,體積很小,全部質量,外面,吸收,可見光區(qū),定態(tài),n2r1,【微點撥】 1.密立根通過油滴實驗測得電子的電荷量為: e=1.610-19 C。電子的質量為:m=9.110-31 kg。 2.原子核半徑的數(shù)量級為10-15m。 3.線狀譜和吸收光譜是原子的特征譜線,可用來做光譜分析。,4.氫原子的半徑公式: rn=n2r1(n=1,2,3),r1=0.5310-10 m,為基態(tài)半 徑。 5.氫原子的能級公式: En= =(n=1,2,3),E1=-13.6 eV,為基態(tài)能量。,【慧眼糾錯】 (1)人們認識原子具有復雜結構是從盧瑟福提出

2、原子 核式結構模型開始的。 糾錯:_________________________________________ _________。,人們認識原子具有復雜結構是從湯姆孫發(fā)現(xiàn)電,子開始的,(2)粒子散射實驗說明原子的正電荷和全部質量集中 在一個很小的核上。 糾錯:___________________________________________ _____________________。,粒子散射實驗說明原子的正電荷和大部分質量,集中在一個很小的核上,(3)原子光譜是連續(xù)譜。 糾錯:________________________________________。 (4)熾熱的固體、

3、液體和高壓氣體發(fā)出的光譜是線狀 譜。 糾錯:_________________________________________ _____。,原子光譜是不連續(xù)的,由若干頻率的譜線組成,熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光譜是連,續(xù)譜,(5)原子的能量是連續(xù)的。 糾錯:________________________________________ _______________。,原子的能量是分立的、量子化的,在不同狀態(tài),具有不同的能量,(6)電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周 運動的頻率。 糾錯:___________________________________________

4、__________________________。,電子躍遷時輻射的光子的能量等于兩個能級的能,量差,其頻率由h=Em-En決定,(7)根據(jù)玻爾理論,氫原子的核外電子由較高能級躍遷 到較低能級時,釋放一定頻率的光子,同時電子的動能 減小,電勢能減小。 糾錯:_________________________________________ ______________________________________________ _______。,氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級,時,釋放一定頻率的光子,同時電子的動能增大,電勢,能減小,考點1原子核式結構模型 【典題探究】 【典

5、例1】(2018西安模擬)盧瑟福和他的學生做粒子轟擊金箔實驗,獲得了重要發(fā)現(xiàn)。關于粒子散射實驗的結果,下列說法正確的是() 導學號04450258,A.證明了質子的存在 B.證明了原子核是由質子和中子組成的 C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里 D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動,【解析】選C。當粒子穿過原子時,電子對粒子影 響很小,影響粒子運動的主要是原子核,離核遠則 粒子受到的庫侖斥力很小,運動方向改變小。只有當 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,所以粒子接近它的機會就很少,所以只有極 少數(shù)大角度的偏轉,而絕大多數(shù)基本按直線方向前進

6、,,實驗結果是:離金原子核遠的粒子偏轉角度小,離金原子核近的粒子偏轉角度大,正對金原子核的粒子被返回。盧瑟福根據(jù)粒子散射實驗現(xiàn)象提出了原子具有核式結構,不是用人工方法研究原子核的結構。由于極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉,原子的全部正電荷集中在原子中央很小的體積內,即原子核內。此實驗不能說明原子核內存在中子,故C項正確,A、B、D項錯誤。,【通關秘籍】 1.湯姆孫原子模型: (1)電子的發(fā)現(xiàn):1897年,英國物理學家湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可再分的。,(2)湯姆孫原子模型:原子里面帶正電荷的物質均勻分布在整個原子球體中,而帶負電的電子則一粒粒鑲嵌在球內。,2.粒

7、子散射實驗: (1)粒子散射實驗裝置。,(2)粒子散射實驗的結果:絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進,但少數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉,極少數(shù)粒子甚至被“撞了回來”。,3.原子的核式結構模型: (1)粒子散射實驗結果分析。 核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變。 湯姆孫模型不能解釋粒子的大角度散射。,絕大多數(shù)粒子沿直線穿過金箔,說明原子中絕大部分是空的;少數(shù)粒子發(fā)生較大角度偏轉,反映了原子內部集中存在著對粒子有斥力的正電荷;極少數(shù)粒子甚至被“撞了回來”,反映了個別粒子正對著質量比粒子大得多的物體運動時,受到該物體很大的斥力作用。,(2)原子的核式結構模型。 在原子的中心有一個很

8、小的核,叫原子核,原子的所有正電荷和幾乎所有質量都集中在原子核里,帶負電的電子在核外繞核旋轉。,(3)核式結構模型的局限性。 盧瑟福的原子核式結構模型能夠很好地解釋粒子散射實驗現(xiàn)象,但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性。,【考點沖關】 1.(2018西寧模擬)盧瑟福通過粒子散射實驗得出了原子核式結構模型,實驗裝置如圖所示,有帶電粒子打到光屏上都產生光斑。為驗證粒子散射實驗結論,現(xiàn)在A、B、C、D四處放置帶有熒光屏的顯微鏡。則這四處位置一段時間內統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合實驗事實的是(),A.2、10、625、1 205 B.1 202、1 305、723、203 C.1 305、25、7、1

9、D.1 202、1 010、723、203,【解析】選C。根據(jù)粒子散射實驗的統(tǒng)計結果,大多數(shù)粒子能按原來方向前進,少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏移,極少數(shù)粒子偏轉超過90,甚至有的被反向彈回。所以在相等時間內A處閃爍次數(shù)最多,其次是B、C、D三處,并且數(shù)據(jù)相差比較大,故C項正確,A、B、D項錯誤。,2.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,其原因是() A.原子是可再分的 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量都集中在一個很小的核上,【解析】選D。陰極射線的發(fā)現(xiàn),說明原子是可再分的, 故A項錯誤;粒子和電子之

10、間有相互作用力,它們接近 時就有庫侖引力作用,但由于電子的質量只有粒子質 量的 ,粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個灰塵 碰撞一樣,粒子質量大,其運動方向幾乎不改變。 粒子散射實驗中,有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉說明三,點:一是原子內有一質量很大的粒子存在;二是這一粒子帶有較大的正電荷;三是這一粒子的體積很小,故D項正確,B、C項錯誤。,【加固訓練】 盧瑟福提出原子的核式結構模型,建立該模型的實驗基礎是() A.粒子散射實驗 B.粒子轟擊氮核的實驗 C.粒子轟擊鈹核的實驗 D.研究陰極射線的實驗,【解析】選A。盧瑟福根據(jù)對粒子散射實驗結果的研究,提出原子的核式結構模型,故A項正確,B、C、D項錯誤

11、。,考點2氫原子能級圖及原子躍遷 【典題探究】 【典例2】(2015海南高考)氫原子基態(tài)的能量為 E1=-13.6 eV。大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)。由這些 氫原子可能發(fā)出的所有的光子中,頻率最大的光子能量 為-0.96E1,頻率最小的光子的能量為__________eV(保 留2位有效數(shù)字),這些光子可具有__________種不同的 頻率。導學號04450259,【解題探究】 (1)頻率最大的光子的能量是由哪個能級向基態(tài)躍遷釋放的?,提示:頻率最大的光子能量為-0.96E1,根據(jù)頻率條件 h=Em-En得:En-E1=-0.96E1,解得En=-0.04E1,由En= 可得n=5,即頻率最

12、大的光子的能量是從n=5能級躍 遷到基態(tài)釋放的。,(2)原子由哪個能級躍遷到哪個能級釋放的光子頻率最小? 提示:原子由n=5能級躍遷到n=4能級釋放的光子頻率最小。,(3)怎么計算共釋放多少種不同頻率的光子? 提示:,【解析】頻率最大的光子能量為-0.96E1,即En- (-13.6 eV)=-0.96(-13.6 eV),解得En=-0.54 eV 即n=5,從n=5能級開始,根據(jù) 可得共有10種不同頻率的光子。 從n=5到n=4躍遷的光子頻率最小,根據(jù)E=E4-E5可得頻率最小的光子的能量為0.31 eV。 答案:0.3110,【通關秘籍】 1.對氫原子能級圖的理解: (1)能級圖如圖

13、所示。,(2)能級圖中相關量意義的說明。,2.兩類能級躍遷: (1)自發(fā)躍遷:高能級低能級,釋放能量,發(fā)出光子。 光子的頻率=,(2)受激躍遷:低能級高能級,吸收能量。 光照(吸收光子):吸收光子的全部能量,光子的能量必須恰等于能級差h=E。 碰撞、加熱等:可以吸收實物粒子的部分能量,只要入射粒子能量大于或等于能級差即可,E外E。 大于電離能的光子被吸收,將原子電離。,3.譜線條數(shù)的確定方法: (1)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為 (n-1)。 (2)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。 用數(shù)學中的組合知識求解:N=,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

14、能情況一一畫出,然后相加。,【考點沖關】 1.(2018深圳模擬)如圖所示為氫原子能級的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當向低能級躍遷時輻射出若干不同顏色的光。關于這些光下列說法正確的是 (),A.由n=4能級躍遷到n=1能級產生的光子波長最長 B.由n=2能級躍遷到n=1能級產生的光子頻率最小 C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光 D.用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應,【解析】選D。根據(jù)Em-En=h ,由n=4能級躍遷到n= 3能級產生的光,能量最小,波長最長,故A錯誤;由n=4 能級躍遷到n=3能級產生的光子能量最

15、小,頻率最小, 故B錯誤;大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),可能發(fā)出 光子頻率的種數(shù)n= =6。故C錯誤;從n=2能級躍遷 到n=1能級輻射出的光子的能量E=E2-E1=-3.4 eV-,(-13.6)eV=10.2 eV6.34 eV,而使金屬發(fā)生光電效 應的條件是光子的能量大于電子的逸出功,故可以發(fā)生光電效應。故D正確。,2.(多選)(2018撫順模擬)如圖所示,是汞原子的能級圖,一個自由電子的總能量為8.0 eV,與處于基態(tài)的汞原子碰撞后(不計汞原子的動量變化),則電子剩余的能量可能為(碰撞無能量損失)(),A.0.3 eV B.3.1 eV C.4.9 eV D.8.8 eV,【解析

16、】選A、B?；鶓B(tài)的汞原子從基態(tài)躍遷到第2能級,吸收能量為:E=-5.5 eV+10.4 eV=4.9 eV 則電子剩余的能量為:E=8.0 eV-4.9 eV=3.1 eV, 基態(tài)的汞原子從基態(tài)躍遷到第3能級,吸收能量為:E=-2.7 eV+10.4 eV=7.7 eV,則電子剩余的能量為:E=8.0 eV-7.7 eV=0.3 eV,故A、B項正確,C、D項錯誤。,【加固訓練】 (2018寶雞模擬)如圖,是氫原子四個能級的示意圖。當氫原子從n=4的能級躍遷到n=3的能級時,輻射出a光。當氫原子從n=3的能級躍遷到n=2的能級時,輻射出b光。則以下判斷正確的是(),A.a光光子的能量大于b光光

17、子的能量 B.a光的波長大于b光的波長 C.a光的頻率大于b光的頻率 D.在真空中a光的傳播速度大于b光的傳播速度,【解析】選B。氫原子從n=4的能級躍遷到n=3的能級的 能級差小于從n=3的能級躍遷到n=2的能級時的能級差, 根據(jù)h=Em-En,知,光子a的能量小于光子b的能量。所 以a光的頻率小于b光的頻率,則光子a的能量小于光子b 的能量,故A、C項錯誤;光子a的頻率小于光子b的頻率,,所以b的頻率大,波長小,則a光的波長大于b光的波長,故B項正確;在真空中光子a的傳播速度等于光子b的傳播速度,故D項錯誤。,考點3原子能量問題光譜 【典題探究】 【典例3】(多選)(2018宜昌模擬)氫

18、原子輻射出一個光子后,根據(jù)玻爾理論,下述說法正確的是 () 導學號04450260,A.電子旋轉半徑減小 B.氫原子能量增大 C.氫原子電勢能增大 D.核外電子速率增大,【題眼直擊】氫原子輻射出一個光子從高能級向 _______躍遷軌道半徑_____,原子能量_____。,低能級,減小,減小,【解析】選A、D。氫原子輻射出一個光子后,從高能級 向低能級躍遷,氫原子的能量減小,軌道半徑減小,根據(jù) 得軌道半徑減小,電子速率增大,動能增大, 由于氫原子半徑減小的過程中電場力做正功,則氫原子 電勢能減小,故A、D項正確,B、C項錯誤。,【通關秘籍】 1.氫原子的能量變化規(guī)律: (1)氫原子能量。

19、 在不同的定態(tài),氫原子的能量為:En= (n=1,2,3), E1=-13.6 eV,為基態(tài)能量。隨r的增大而增大,隨r的減小而減小。,(2)電子的動能。 公式法:電子在固定的軌道上繞原子核做勻速圓周運 動,根據(jù)庫侖力提供向心力得: 化簡得電子 的動能為:Ek= 。隨r的增大而減小,隨r的減小而增 大。,動能定理法:當軌道半徑增大時,庫侖力做負功,電子的動能減小;反之,當軌道半徑減小時,庫侖力做正功,電子的動能增大。,(3)氫原子電勢能。 通過庫侖力做功判斷,當軌道半徑增大時,庫侖引力做負功,原子的電勢能增大。反之,當軌道半徑減小時,庫侖引力做正功,原子的電勢能減小。,利用原子能量公式En

20、=Ekn+Epn判斷,當軌道半徑增大時,原子能量增大,電子動能減小,故原子的電勢能增大。反之,當軌道半徑減小時,原子能量減小,電子動能增大,故原子的電勢能減小。,2.原子躍遷的能量變化規(guī)律: (1)吸收光子或實物粒子的能量后,原子能量增大,從低能級向高能級躍遷。 (2)輻射光子后,原子能量減小,從高能級向低能級躍遷。 吸收光子或輻射光子的能量滿足頻率條件:h=Em-En。,3.光譜: (1)光譜的分類。 光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜,發(fā)射光譜分為連續(xù)譜 和線狀譜。連續(xù)譜主要由白熾的固體、液體或高壓氣 體受激發(fā)產生,由連續(xù)分布的一切波長的譜線組成;,線狀譜主要產生于原子,由一些不連續(xù)的亮線組成;在

21、連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的光譜被稱作吸收光譜。線狀譜和吸收光譜為原子的特征譜線。,(2)氫原子光譜的實驗規(guī)律。 氫原子光譜的實驗規(guī)律:巴耳末系是氫原子光譜在可見 光區(qū)的譜線,其波長公式 (n=3,4,5,R 是里德伯常量,R=1.10107 m-1)。,【考點沖關】 1.(2018?？谀M)處于不同能級的氫原子,電子做勻速圓周運動,下列說法正確的是 () A.能量越大的氫原子,電子的向心加速度越大 B.能量越大的氫原子,電子的動能越大,電勢能越小,C.處于基態(tài)的氫原子,電子的運動周期最大 D.處于基態(tài)的氫原子,電子運動的角速度最大,【解析】選D。根據(jù)庫侖力提供向心力得:k

22、 =ma,可 知,能量越大的氫原子,電子的向心加速度越小,故A項 錯誤;根據(jù)庫侖力提供向心力得: 解得: v= ,所以軌道半徑越大,電子的動能越小;氫原子 核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時, 庫侖力對電子做負功,電勢能變大,故B項錯誤;根據(jù),庫侖力提供向心力得: 可知軌道半徑越大, 周期都越大,所以處于基態(tài)的氫原子,電子的運動周期 最小,故C項錯誤;根據(jù)庫侖力提供向心力得:k = m2r,可知,軌道半徑越小,電子的角速度越大,所以處 于基態(tài)的氫原子,電子運動的角速度最大,故D項正確。,2.(2018永州模擬)如圖所示,圖甲為氫原子的能級,圖乙為氫原子的光譜,已知譜線a是

23、氫原子從n=4的能級躍遷到n=2能級時的輻射光,譜線b可能是氫原子在下列哪種情形躍遷時的輻射光() 導學號04450261,A.從n=3的能級躍遷到n=2的能級 B.從n=5的能級躍遷到n=2的能級 C.從n=4的能級躍遷到n=3的能級 D.從n=5的能級躍遷到n=3的能級,【解析】選B。譜線a是氫原子從n=4的能級躍遷到n=2的能級時的輻射光,波長大于譜線b,所以a光的光子頻率小于b光的光子頻率。所以b光的光子能量大于n=4和n=2間的能級差。n=3躍遷到n=2,n=4躍遷到n=3,n=5躍遷到n=3的能級差小于n=4和n=2的能級差。n=5和n=2間的能級差大于n=4和n=2間的能級差。故

24、A、C、D項錯誤,B項正確。,【加固訓練】 (多選)若原子的某內層電子被電離形成空位,其他層的 電子躍遷到該空位上時,會將多余的能量以電磁輻射的 形式釋放出來,此電磁輻射就是原子的特征X射線。內 層空位的產生有多種機制,其中一種稱為內轉換,即原 子中處于激發(fā)態(tài)的核躍遷回基態(tài)時,將躍遷時釋放的能 量交給某一內層電子,使此內層電子電離而形成空位,(被電離的電子稱為內轉換電子)。214Po的原子核從某 一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時,可將能量E0=1.416 MeV交給內層 電子(如K、L、M層電子,K、L、M標記原子中最靠近核 的三個電子層)使其電離。實驗測得從214Po原子的K、 L、M層電離出的電子的動能

25、分別為EK=1.323 MeV、,EL=1.399 MeV、EM=1.412 MeV。則可能發(fā)射的特征X射線的能量為() A.0.013 MeV B.0.017 MeV C.0.076 MeV D.0.093 MeV,【解析】選A、C。電離過程是:該能級上的電子獲得 能量后轉化為其動能,當獲得的動能足能使其脫離原 子核的吸引后,則能電離,因此電離時獲得的動能等 于無窮遠處能級和該能級之間的能量差。所以內層 三個能級的能量分別為:EM=-1.412 MeV,EL= -1.399 MeV,EK=-1.323 MeV,因此放出的特征X射線,的能量分別為:EM=EK-EM=0.089 MeV,EL=EL- EM=0.013 MeV,EK=EK-EL=0.076 MeV,故B、D錯誤,A、C正確。,