(状元课堂)高三物理 (考点透视 典例精析 常见误区 基础演练 实验 综合能力测试)模块十五 原子和原子核

模块十五 原子和原子核
【知识网络】
第一节 原子结构 能级
【考点透视】
一、考纲指要
1．α粒子散射实验，原子的核式结构 Ⅰ 2．氢原子的能级结构，光子的发射和吸收 Ⅱ 3．氢原子的电子云 Ⅰ 二、命题落点
1．α粒子散射实验，原子的核式结构。

如例1 2．氢原子的能级结构中，有关能及的计算。

如例2。

3．玻尔理论与经典电磁理论综合应用。

如例3。

4．能级跃迁中关于吸收辐射光子能量的求解。

如例4。

【典例精析】
例1：α粒子散射实验观察到的现象是：当α粒子束穿过金箔时[ ] A ．绝大多数α粒子发生很大偏转，极少数α粒子不发生偏转
原子结构：
汤姆生模型
卢瑟福模型
波尔模型
α粒子散射实验
氢原子光谱 原子的稳定性
原子和原子核
原子核
天然放射性
β衰变 α衰变 γ衰变
人工转变
质子的发现 中子的发现
原子核的组成，放射性同位素
核能
质能方程式 重核裂变 轻核聚变
B ．绝大多数α粒子不发生偏转，少数α粒子发生很大偏转，有个别α粒子反弹回来
C ．绝大多数α粒子只有很小角度的偏转
D ．大多数α粒子不发生偏转，少数α粒子发生小角度偏转
例2：用光子能量为E 的单色光照射容器中处于基态的氢原子。

停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，如图15—1—1所示。

由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量
可以表示为：①h ν1；②h ν3；③h (ν1+ν2)；④h (ν1+ν2+ν3) 以上表示式中
A.只有①③正确
B.只有②正确
C.只有②③正确
D.只有④正确
解析：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明这时氢原子处于第三能级。

根据玻尔理论应该有h ν3=E 3- E 1，h ν1=E 3- E 2，h ν2=E 2- E 1，可见h ν3= h ν1+ h ν2= h (ν1+ν2)，所以照射光子能量可以表示为②或③，答案选C 。

例3． 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.v 3=
13mr k e B.λ=-1
89E hc
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
解析：玻尔理论虽然解决了一引起经典电磁学说遇到的困难，但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，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。

F=mr ke v r v m r
ke 2
222,=
= 根据玻尔理论r n =n 2
r 1，即r 3=9r 1.
即以v 3=21
93ke e k m r mr =，因此A 正确。

由于E n =
1
312
91,1E E E n =.且hv=E 3-E 1，即h 11
9E E c -=λ 所以λ=-
1
89E hc
，因此B 正确。

3 2
1 ν
3
ν
2
ν 1
图15—1—1
图15—1—2
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r v m r ke 2
22=可知电子动能
E K =r
ke mv 2212
2=，即轨道半径越小，动能越大，所以D 正确，C 错误。

例4：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v=_____，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______。

解析：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hv=E 3-E 1，而E 3=
191
E ，所以吸收光子的频率v=h
E h E E 98113-=- 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，
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E=-1114
3
,365,98E E E -- 【常见误区】
1．对原子跃迁过程，吸收或放出能量应满足的条件不清楚。

2．不能读懂题设条件而出错。

如：练习3 3．对原子结构认识的历程不清楚。

【基础演练】
1．（05年Ⅱ）图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相
应的能量E 。

处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃 迁时，能够发出若干种不同频率的不波。

已知金属钾的 逸出功为2.22eV 。

在这些光波中，能够从金属钾的表面 打出光电子的总共有（ ） A ．二种 B ．三种
C ．四种
D ．五种
2．（04年全国）现有1200个氢原子被激发到量子数为4的
能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过 程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n 的
激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1
n 1
-。

A
（ ） A ．2200
B ．2000
C ．1200
D ．24 00。