原子结构_氢原子光谱

3.原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某 两个能级之差,或者是吸收能量大于或等于其电 离能,使电子成为自由电子;所以当原子吸收光 子时,由于光子不可分,故其必须选择能量满足 上述原则的光子;当原子吸收实物粒子(如电子) 的能量时,原子可以根据“需要”吸收其中的一
部分能量,也即吸收实物粒子的能量没有条件
只能处于一系列不连续的能量状态中,是原子光
谱不连续的原因,不是α粒子大角度散射的原因, 选项D错误.综上可知,选项A正确. 答案 A
题型2
氢原子能级跃迁问题
【例2】如图2所示为氢原子最低的四个能级,当氢 原子在这些能级间跃迁时:
图2
(1)有可能放出
种能量的光子.
(2)在哪两个能级间跃迁时,所放出光子波长最 长?波长是多少?
图1
4.弗兰克——赫兹实验 (1)如果原子的能级是分立的,那么用碰撞的方 式使原子吸收的能量,即其他粒子转移给原子的 能量,也应该是 量子化 的. (2)1914年,弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子, 发现电子损失的能量,也就是汞原子吸收的能量, 是分立的,从而证明汞原子的能量是量子化的. 5.玻尔理论的成功、局限和电子云 玻尔的成功之处在于引入了 量子 观念,局限之 处在于保留了过多的经典理论. 电子云:电子云是描述电子在原子核外各区域出 现的几率的状况,为直观起见,把电子的这种几 率分布状况用图象表示时,这种图象所显示的结 果有如电子在原子核周围形成的云雾,故称电子云.
答案
(1)
me k 2 π 2r 4 4h
2
(2)
【评分标准】 本题共18分.其中①②③④⑥⑦式各2分,⑤⑧式 各3分. 【名师导析】
的轨道半径相等,设为r,则正负电子间距为2r, 速度均为v,则有 依题意,有2mevr=n h
ke2 me v2 r 4r 2
①
2π
② ③
2 1 2- ke 而电子偶数能量:En=2× mev 2r 2
由①②③式联立得En=-
mek 2π2r 4 h n
2 2
,n=1,2
mek 2π2e4 h
热点聚焦
热点一 三个原子模型的对比
实验基础 “枣糕” 模型 电子的 发现 结构差异 带正电物质均 匀分布在原子 内,电子镶嵌其 中 成功和局限
解释了一些实验事 实,无法说明α 粒子 散射实验
成功解释了α 粒子 散射实验,无法解释 原子的稳定性与原 子光谱的分立特征 成功解释了氢原子 光谱,无法解释较复 杂的原子光谱
hν=En-E2=2.55 eV
En=hν+E2=-0.85 eV,所以n=4 基态氢原子要跃迁到n=4的能级,应提供: ΔE=E4-E1=12.75 eV 跃迁图见下图
答案
12.75 eV
见解析图
【例3】1951年,物理学家发现了“电子偶数”,所 谓“电子偶数”,就是由一个负电子和一个正电 子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系 统.已知正、负电子的质量均为me,普朗克常量 为h,静电力常量为k. (1)假设“电子偶数”中正、负电子绕它们质量 中心做匀速圆周运动的轨道半径r、运动速度v
二、原子结构 1.实验基础:α 粒子散射实验——用α 粒子轰击金 箔,发现大多数α 粒子直进,少数发生偏转,极少 数发生大角度偏转,个别的发生反弹. 2.原子结构:在原子中心有一个很小的核(原子核), 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绕核旋转.
3.原子核的大小:直径数量级在10-14 m～10-15 m以
四、氢原子光谱 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公 式 1 R( 12 12 ) (n=3,4,5,„)可见n取整数,不 2 n 能取连续值,故波长也只能是分立的值. 五、玻尔理论 1.玻尔理论 (1)轨道量子化:电子绕核运动的轨道不连续的. (2)能量状态量子化:原子只能处于一系列不连 续的能量状态中.能量最低的状态叫 基态 , 其他状态叫 激发态 . (3)跃迁假说:原子从一种定态跃迁到另一种定 态要辐射(或吸收)一定频率的光子,即hν = Em-En (m>n).
(2)在α 粒子散射实验中,α 粒子的偏转是由于 受到原子内正电荷的库仑力而发生的.实验中即 使1 mm厚的金箔也大约有3 300层原子,但绝大 多数的α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,
只有少数发生了大角度偏转,这说明了什么?
思路点拨 求解此题应注意以下两点: (1)应依据人们探测原子的结构的历史进程进行 分析判断.
限制.
特别提示 (1)原子跃迁条件h ν =E m -En 只适用于光子和原 子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.对于 光子和原子作用而使原子电离时,只要入射光的
能量E≥13.6 eV,原子就能吸收.对于实物粒子
与原子作用使原子激发时,粒子能量大于或等于 能级差即可. (2)原子跃迁发出的光谱线条数N=C 2
下,原子大小数量级为10-10 m. 4.核外电子的运动:由原子核对核外电子的 库仑力
作为核外电子绕核旋转的向心力.
三、光谱和光谱分析 1.光谱:用光栅和棱镜可以把光按波长展开.获得 光的波长(频率)成分和 强度分布的记录,即光谱. 2.线状谱:有些光谱是一条条的亮线,这样的光谱
叫线状谱.
3.连续谱:有些光谱是连在一起的光带,叫连续谱. 4.光谱分析:每种原子都有自己的特征谱线,可以 利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分,这种 方法叫光谱分析.
变式练习2 如图3所示,氢原子从n＞2的某一能级 跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55 eV的光子. 问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的 能量,才能使它辐射上述能量的光子？请在图中
画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.
图3
解析
氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n=2的能
级,辐射光子的频率满足:
玻尔模型.
热点二
对原子跃迁条件的理解
1.原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光 子,当一个光子的能量满足hν =E 末 -E 初 时,才能 被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级
E末跃迁,而当光子能量hν 大于或小于E末-E初时
都不能被原子吸收. 2.原子从高能级向低能级跃迁,以光子的形式向外 辐射能量,所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时 的两能级间的能量差.
核式结 构模型
全部正电荷和 α 粒子散 几乎全部质量 射实验 集中在核里,电 子绕核旋转
在核式结构模 玻尔的原 氢原子光 型基础上,引入 子模型 谱的研究 量子化观点
特别提示 认识原子结构的线索:气体放电的研究 射线 发现电子 阴极
汤姆孙的“枣糕”模型
α粒子散射实验
卢瑟福核式结构模型 氢原子光谱的研究
方法归纳 微观世界是看不见的,但我们可以根据它们产生 的各种效应来进行分析、推理和判断,来达到认 识微观世界的目的;对于实验推理类问题,要求 记住:①实验的作者、时间和装置;②实验事实
或现象;③由实验结果得出什么结论;④实验的
意义所在.
变式练习1 在卢瑟福的α 粒子散射实验中,有少数 α 粒子发生大角度偏转,其原因是 小的核上 B.正电荷在原子内是均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析 原子中有电子,但电子的质量很小,不到 ( )
ke2 mrn
2
e 2 m vn rn rn 2
2πrn mrn3 电子运动周期Tn= 2π vn ke2
1 mv 2 ke2 电子的动能Ekn= n 2 2rn
(2)系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断: 靠近核,库仑力对电子做正功,系统电势能减小; 远离核,库仑力对电子做负功,系统电势能增加.
2.氢原子的能级和轨道半径 (1)氢原子的能级公式:En=
1 2 E1(n=1,2,3,„), n
其中E1为基态能量E1=-13.6 eV. (2)氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,„),其
中r1为基态半径,又称玻尔半径r1=0.53×10-10 m.
3.氢原子的能级图,如图1所示.
=1.88×10-6 m 答案 (1)6 (2)1.88×10-6 m
方法归纳 1.量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判 定方法: 如果是一个氢原子,向低能级跃迁时最多发出的 光子数为(n-1). 如果是一群氢原子,向低能级跃迁时最多发出的
光子为C 2 种. n
2.理解氢原子能级图,量子数越大的能级间能级 差越小,发出光子波长越长.
及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理:
2mevr=n
2π
,n=1,2,„„“电子偶数”的能量为
h 正负电子运动的动能和系统的电势能之和.已知
两正负电子相距为L时系统的电势能为E=-k 试求n=1时“电子偶数”的能量.
e2 L
.
(2)“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出 光子的波长为多大?
解析
(1)由于正、负电子质量相等,故两电子
思维导图
解析
(1)由N=
n(n 1) 4 (4 1) =6种. 2 2
(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时,能级 差最小,辐射的光子波长最长. 由hν=E4-E3,得h c =E4-E3

所以λ= =
hc E4 E3 6.63 1034 3 108 m 19 [0.85 (1.51)]1.6 10
第2课时
原子结构 氢原子光谱 考点自清
一、电子的发现 1.阴极射线的发现 19世纪,科学家研究稀薄气体放电,发现阴极发 出一种射线—— 阴极射线 . 2.电子的发现 汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成,并 测定出它的比荷 e ,之后用油滴实验测定了它 m 的电荷量,确定它是组成各种物质的基本成分, 称之为 电子 . 3.电子的发现说明原子也是可再分的.
(2)根据α粒子偏转的原因进行分析.