原子物理复习专题

原子物理复习专题

［知识框架］

原子结构专题一. 原子的核式结构

1. 阴极射线实验——电子的发现（汤姆生的贡献）——建立“枣糕”式原子模型。汤姆生发现电子的重大意义：由于电子的发现，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。

2. α粒子散射实验——原子核式结构

（1）α粒子散射现象（三个要点）：实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。

（2）原子核式结构：卢瑟福根据α粒子散射实验结果提出了原子的核式结构学说。（三点）认为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核(nucleus)，原

子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外

空间里绕着核旋转。 说明：从α粒子散射实验的数据可以估计出原子

核的大小约为1015-～1014-m ，原子半径大约是1010-m ，即原子核半径只相当于原

子半径的万分之一，原子核体积只相当于原子体积万亿分之一。

二. 玻尔理论（为解决核式结构与经典电磁理论的矛盾而提出）

（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动

相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。

2. 玻尔氢原子理论

（1） 氢原子的轨道半径与能量：

说明：公式中r 1、E 1分别指第一条（离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条

轨道上运动时原子的能量； r n 、E n 的分别表示第n 条可能轨道半径和电子

在这条轨道上运动时原子的能量。 n 叫做量子数，r 1=0.53×10-10m ，E 1=-13.6eV 。

n=2，3，4…时，相应的能量为E 2=-3.4eV 、E 3=-1.51eV 、E 4=-0.85eV …E ∞=0

（2） 能级：氢原子在各种定态时的能量值叫做能级，根据以上的计算，可画

出示意的能级图。

r n r E n E r m E eV n n n ==⎫⎬⎪⎭⎪=⨯=-=-2

1211101105310136123..，，

基态与激发态：原子最低能级所对应的状态叫做基态(n=1)，比基态能量高的状态叫激发态(n>1)。原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加，要吸收能量。原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少，要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出。

明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能。

三、光谱

①原子光谱：原子发光是由于原子内部的电子受到激发后产生的。由于每一种元素的原子发出的光都具有自己的特征，因此研究不同物质的发光情况，即分析物质的光谱，就可以了解物质的化学组成。②光谱的分类：按产生方式：发射光谱与吸收光谱；根据产生的情况不同，又可以分为连续光谱与线状光谱。连续光谱：炽热的固体、液体以及高压气体发光产生的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的，叫做连续光谱。例如白炽灯、熔融的钢水发出的光。线状光谱：稀薄的气体发光产生的光谱，是由一些不连续的亮线组成，这种光谱叫做线状光谱。也叫做原子光谱。不同元素都有自己特有的线状光谱，不同元素的线状光谱中明线的条数、位置各不相同。每一种元素只能发出具有本身特征的特定波长的光谱线，也叫原子的特征谱线。暗线光谱：（吸收光谱）高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光波被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这个光谱的特点是在连续的光谱背景上，分布着若干暗线。如太阳光谱是吸收光谱。

附：电子云图形象地给出了电子在核周围各处单位体积中出现的几率。【典型例题】

1、氢原子的基态能量为E

1，电子轨道半径为r

1

，电子质量为m，电量大小

为e。氢原子中电子在n=3的定态轨道上运动时的速率为v

3

，氢原子从n=3的定态跃迁到n=1的基态过程中辐射光子的波长为λ，则以下结果正确的是[ ]

A. B.

C．电子的电势能和动能都要减小 D．电子的电势能减小，电子的动能增大

分析：电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力作向心力，有：

根据玻尔理论r

n =n2r

1

即r

3

=9r

1

，所以，因此A正确。

由于，且，即，所以

，因此B正确。

氢原子从n=3跃迁到n=1，电子受到的库仑力做正功，电势能减小；由可知电子动能

，即轨道半径越小，动能越大，所以 D正确，C错误。

答案：ABD

2、有大量的氢原子，吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n=3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为E

1

，则吸收光子的频率υ=_______；当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时，可发出_______条谱线，辐射光子的能量为____。

分析：根据玻尔的第二条假设，当原子从基态跃迁到n=3的激发态时，吸收光子的能量

，而，

所以吸收光子的频率

当原子从n=3的激发态向低能态跃迁时，由于是大量的原子，可能的跃迁有

多种，如从n=3到n=1，从n=3到n=2，再从n=2到n=1，因此应该发出三条谱

线，三种光子的能量分别为

3、根据玻尔氢原子模型，核外电子在第一和第三可绕轨道运动时（ ）

A. 半径之比1：3

B. 速率之比为3：1

C. 周期之比为1：9

D. 动能之比为9：1

分析与解：所用知识点，r n r r r n ==21319， ∴（1）r r 139= A 错

（2）k e r m v r 2

1

2121=（库仑力充当向心力） v ke mr v ke mr v v r r 121323133131==⎫⎬⎪⎪⎭⎪⎪⇒==∴选项B 正确

（3）k e r m T r 2121212=()π ∴==⎫⎬⎪⎪⎭⎪⎪⇒==∴T mr ke T mr ke T T r r 121323233213133344127ππ选项C 错误