高中物理第二章原子结构章末整合导学案教科版选修

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高中物理第二章原子结构原子的核式结构模型导学案教科选修

第2节原子的核式结构模型[目标定位] 1.了解α粒子散射实验的实验装置、实验原理和实验现象.2.理解卢瑟福的原子核式结构模型．一、α粒子散射实验1．实验装置(如图1)：图12．实验方法用由放射源发射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子分布情况．3．实验结果绝大多数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，有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被原路弹回，α粒子被反射回来的概率竟然有18 000.二、卢瑟福原子模型1．核式结构模型原子内部有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动．原子的核式结构模型又被称为行星模型．2．原子的大小：(1)原子直径数量级：10－10 m.(2)原子核直径数量级：10－15 m.一、对α粒子散射实验的理解1．装置：放射源、金箔、荧光屏等，如图2所示．图22．现象：(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．(2)少数α粒子发生较大的偏转．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.3．注意事项：(1)整个实验过程在真空中进行．(2)α粒子是氦原子核，体积很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．4．汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．【例1】 (多选)如图3为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述说法中正确的是( )图3A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光答案AC解析在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A 正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错，C对．借题发挥解决α粒子散射实验问题的技巧1．熟记实验装置及原理．2．理解建立核式结构模型的要点．(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．(2)汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．(3)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用．(4)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内．针对训练1 (多选)图4用α粒子撞击金原子核发生散射，图4中关于α粒子的运动轨迹正确的是( )A．a B．bC．c D．d答案CD解析α粒子受金原子核的排斥力，方向沿两者的连线方向，运动轨迹弯向受力方向的一侧，A、B均错误；离原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏转越大，C、D正确．二、卢瑟福原子核式结构模型1．内容：在原子中心有一个很小的核，叫原子核．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．对α粒子散射实验现象的解释(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转．(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，偏转角才很大，而这种机会很少．(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极小，如图5所示．图53．数量级：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m【例2】下列对原子结构的认识中，错误的是( )A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核直径的数量级大约为10－10 m答案 D解析卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为10－15 m，而原子直径的数量级为10－10 m，是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转，所以本题应选D.针对训练2 在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里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．原子的质量在原子核内是均匀分布的答案 A解析原子的核式结构正是建立在α粒子散射实验结果基础上的，C、D的说法没有错，但与题意不符．α粒子散射实验的理解1．在α粒子的散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的( ) A．万有引力B．库仑力C．磁场力D．核力答案 B2．英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，提出了原子的核式结构学说，如图所示，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是( )答案 D解析α粒子散射实验的原因是α粒子与金原子核间存在库仑斥力，因此仅有D图正确．原子的核式结构模型3．(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( )A．原子的中心有个核，叫原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内D．带负电的电子在核外绕着核旋转答案ACD解析卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着核旋转，由此可见，B选项错误，A、C、D选项正确．4．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )A．使α粒子产生偏转的主要是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子答案BCD解析原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对.(时间：60分钟)题组一对α粒子散射实验的理解1．关于α粒子散射实验装置的描述，下列说法中正确的是( )A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改为铝箔，就不会发生散射现象D．实验装置放置在空气中和真空中都可以答案 A解析实验用的器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜，放大镜可以在水平面内转动不同的方向，对散射的α粒子进行观察，A对；实验用的金箔的厚度极小，如果厚度增大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验结果，B错；如果改用铝箔，铝的原子核的电量仍然大α粒子很多，当α粒子靠近铝原子核时，库仑斥力仍然很大，散射实验现象仍能够发生，C错；空气的流动和尘埃对α粒子的运动产生较大影响，且α粒子在空气中由于电离作用，只能前进很短距离，使实验无法进行，故实验装置是放在真空中进行的，D错．2．卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α粒子( )A．全部穿过或发生很小偏转B．绝大多数沿原方向穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大偏转答案 B解析卢瑟福的α粒子散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，故选项B正确，选项C、D错误．3．在α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是( )A．α粒子与原子核外电子碰撞B．α粒子与原子核发生接触碰撞C．α粒子发生明显衍射D．α粒子与原子核的库仑斥力作用答案 D解析α粒子与原子核外电子的作用是很微弱的，由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力，D对．4．如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金箔被散射，若它们的入射时的动能相同，其偏转轨迹可能是图中的( )答案 D解析α粒子离金核越远，其所受斥力越小，轨迹弯曲的就越小，故D对．5．在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( )A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用B．α粒子一直受到原子核的斥力作用C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小答案 B解析α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．6．(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图1中虚线表示原子核所形成的电场等势面，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是( )图1A．电场力在a→b过程中做负功，b→c过程中做正功，但总功等于零B．加速度先变大，后变小C．a、c两点的动能不相等D．其动能与电势能的和不变答案ABD解析α粒子与原子核之间的力为库仑斥力，从a→b库仑力做负功，动能减少，电势能增加，从b→c 库仑力做正功，动能增加，且a→b与b→c库仑力所做的总功为0，则a、c两点的动能相等，因此A正确，C错；因为只有电场力做功，故动能与电势能之和不变，故D正确；α粒子与原子核相距越近，库仑力越大，加速度越大，故从a→c加速度先增大后减小，B正确．题组二卢瑟福的核式结构模型7．卢瑟福的α粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况( )A．原子内存在电子B．原子的大小为10－10 mC．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内答案 D解析根据α粒子散射实验现象，绝大多数α粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，可知C错，A与题意不符；而实验结果不能判定原子的大小为10－10m，B错，故选D.8．(多选)α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种情况( )A．动能最小B ．势能最小C ．α粒子与金原子核组成的系统的能量最小D ．所受金原子核的斥力最大答案 AD解析 α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．9．速度为107m/s 的α粒子从很远的地方飞来，与铝原子核发生对心碰撞，若α粒子的质量为4m 0，铝核的质量为27m 0，它们相距最近时，铝核获得的动能是原α粒子动能的多少？答案 108961 解析在α粒子和铝原子核发生对心碰撞后，当二者速度相同时相距最近，在α粒子靠近过程中，由动量守恒得m αv 0＝(m α＋m 铝)v 共，所以v 共＝m αv 0m α＋m 铝E k 铝E kα＝12m 铝v 2共12m αv 20＝m 铝·m αv 0m α＋m 铝2m αv 20 ＝m 铝m αm α＋m 铝2＝27m 0·4m 04m 0＋27m 02＝10896110．已知电子质量为9.1×10－31kg ，带电荷量为－1.6×10－19 C ，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m ，求电子绕核运动的线速度大小、动能、周期和形成的等效电流．答案 2.19×106 m/s 2.18×10－18 J 1.53×10－16 s 1.05×10－3A 解析由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供．根据mv 2r ＝k e 2r2，得v ＝e k rm ＝1.6×10－19× 9×1090.53×10－10×9.1×10－31m/s ＝2.19×106m/s ；其动能E k ＝12mv 2＝12×9.1×10－31×(2.19×106)2J ＝2.18×10－18 J ；运动周期T ＝2πr v ＝2×3.14×0.53×10－102.17×106 s ＝1.53×10－16 s ；电子绕核运动形成的等效电流I ＝q t ＝e T ＝1.6×10－191.53×10－16A≈1.05×10－3 A ．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2020-2021学年教科版高中物理选修3-5教案设计第二章原子结构本章专题整合提升

本章专题整合提升专题一原子跃迁过程中原子总能量、电势能和电子动能的变化规律概述：设原子中原子核带电量＋Ze ，核外电子带电量－e ，电子在半径为r 的轨道上绕核做匀速圆周运动时，库仑力提供向心力，则有k Ze 2r 2＝m v 2r ，得v ＝kZe 2mr ；进而有电子绕核运动的动能E k ＝12m v 2＝k Ze 22r. 在原子中，由于原子核与核外电子间库仑引力的作用而具有电势能，故电势能属于相互作用的系统——原子．由库仑力所做功与原子电势能的变化关系可知：电子绕核运动的轨道半径r 减小时，库仑引力F 做正功，原子的电势能E p 减小；反之，电子绕核运动的轨道半径r 增大时，库仑引力F 做负功，原子的电势能E p 增大．通常取r →∞时的原子电势能为零，故电子在半径为r 的轨道上时原子的电势能为E p ＝eU ＝－e kZe r ＝－k Ze 2r ，则电子在该定态能级上的能量E ＝E k ＋E p ＝k Ze 22r －k Ze 2r ＝－k Ze 22r. 由以上推导可知：(1)某定态时，核外电子的动能E k 总是等于该定态总能量的绝对值，原子系统的电势能E p 总是等于该定态总能量值的两倍．(2)电子动能E k ＝k Ze 22r随轨道半径r 的减小而增大，随r 的增大而减小；系统电势能E p ＝－k Ze 2r 随轨道半径r 的增大而增大，随r 的减小而减小；电子的总能量E ＝－k Ze 22r也随轨道半径r 的增大而增大，随r 的减小而减小．(3)某定态能量E ＝－k Ze 22r<0时，表明原子核外电子处于束缚状态；欲使原子电离，外界必须对系统至少补充的能量为k Ze 22r，原子的能级越低需要的电离能就越大．【例1】下列说法正确的是( )A ．汤姆孙发现电子表明原子具有核式结构B ．α粒子散射现象表明原子的能量是不连续的C ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D ．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大【解析】汤姆孙发现电子后，说明原子不是最基本的粒子，不是不可再分的，原子也有复杂的结构，于是提出了原子枣糕式结构模型，选项A 错误．α粒子散射现象推翻了汤姆孙的枣糕式结构模型，建立了核式结构模型，选项B 错误．光射到金属表面不能发生光电效应，这是因为光的频率过低，波长过长，以至于小于金属的极限频率，选项C 错误．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的量子数增加，根据E n ＝E 1n 2知，原子的总能量增加．根据k e 2r 2＝m v 2r 知，电子的动能12m v 2＝ke 22r随电子轨道半径的增加而减小，选项D 正确．【答案】 D【例2】氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时( )A ．氢原子的能量减小，电子的动能增加B ．氢原子的能量增加，电子的动能增加C ．氢原子的能量减小，电子的动能减小D ．氢原子的能量增加，电子的动能减小【解析】【答案】 A【例3】 1951年物理学家发现了“电子偶数”，所谓“电子偶数”，就是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m ，普朗克常量为h ，静电力常量为k .(1)若正、负电子是由一个光子和核场相互作用产生的，且相互作用过程中核场不提供能量，则此光子的频率必须大于临界值，此临界值为多大？(2)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 及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论：m e v r ＝nh /2π，n ＝1,2，…“电子偶数”的能量为正、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 e 2L .试求n ＝1时“电子偶数”的能量．(3)“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)设光子频率的临界值为ν0，则hν0＝2m e c 2，ν0＝2m e c 2h .(2)由于正、负电子质量相等，故两电子的轨道半径相等，设为r ，则正、负电子间距为2r ，速度均为v ，则k e 24r 2＝m e v 2r ，m e v r ＝n h 2π， “电子偶数”能量E n ＝2×12m e v 2－k e 22r，得E n ＝－m e k 2π2e 44h 2n 2. “电子偶数”基态能量为E 1＝－m e k 2π2e 44h 2. (3)“电子偶数”处于第一激发态时能量E 2＝－m e k 2π2e 416h 2＝E 14，设“电子偶数”从第一激发态跃迁到基态时发出光子的波长为λ.则E 2－E 1＝－34E 1＝h c λ，λ＝16ch 33m e k 2π2e 4. 【答案】 (1)2m e c 2h (2)－m e k 2π2e 44h 2 (3)16ch 33m e k 2π2e 4专题二跃迁与电离的区别概述：1.跃迁：根据玻尔理论，当原子从低能级向高能级跃迁时，必须吸收光子才能实现；与此相反，当原子从高能级向低能级跃迁时，必须辐射光子才能实现．原子跃迁时不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．2．电离：原子失去电子的过程叫电离，原子一旦电离，原子结构即被破坏，而不再遵守有关原子结构理论．使原子电离，外界必须对原子做功，所提供的能量叫电离能，如基态氢原子的电离能为13.6 eV ，只要能量大于或等于13.6 eV 的光子都能使基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子动能就越大．不论原子处于什么状态，只要入射光子的能量大于该状态下电离所需要的能量就可使之电离．3．光子、实物粒子使原子能级跃迁的区别用光子(电磁波)作用在原子上时，要使原子跃迁必须满足关系hν＝E m －E n ＝ΔE ，而hν>ΔE 或hν<ΔE 时原子均不可能跃迁，除非这个光子的能量能使原子的核外电子电离；若用电子等实物粒子作用在原子上，则原子跃迁是通过与实物粒子碰撞传递能量而实现，即只要入射实物粒子的能量E≥ΔE，均可使原子能级跃迁．此即光子、实物粒子使原子能级跃迁的区别．当入射粒子的动能大于或等于原子在某能级的电离能时，也可使原子电离．【例4】(多选)判断下列说法正确的是()A．光电效应现象表明光具有波动性B．利用红外线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹C．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说D．欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是13.60 eV【解析】光电效应现象无法用光的电磁理论解释，为合理解释光电效应的实验规律，爱因斯坦提出光子说，由此得知光具有粒子性，选项A错误．红外线的显著作用是热作用，利用红外线的热作用加热或烘干物体，选项B错误．在解释黑体辐射现象时，经典的电磁理论遇到了困难，为解释黑体辐射现象，普朗克提出能量子假说，选项C 正确．氢原子处于基态时，其定态能量为－13.60 eV，要使氢原子发生电离，即跃迁到定态能量为0，则需要吸收的能量为0－(－13.60 eV)＝13.60 eV，选项D正确．【答案】CD专题三原子能级跃迁与光电效应综合问题概述：解决此类问题要明确三个要点：一是氢原子由高能级向低能级跃迁过程中会辐射光子，二是光电效应产生的条件是入射光子的能量大于金属的逸出功或光子频率大于金属的极限频率，三是爱因斯坦光电效应方程的应用．解决能级跃迁与光电效应问题的关键是确定光子的能量，由于原子能级跃迁辐射出的光子的能量是一个个分立的确定数值，因此一般根据能级跃迁的知识计算或判断光子能量的大小，再结合光电效应的知识进一步分析与计算．【例5】氢原子的能级如图所示，求：(1)当氢原子从n＝4向n＝2的能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为多少？(2)现有一群处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有多少种？【解析】(1)由题意，该金属的逸出功W＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV.(2)处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁，可以辐射6种不同频率的光子(如下图)，对应的能量分别为12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV，其中大于等于2.55 eV的共有4种，即共有4种频率的光子能使该金属发生光电效应．【答案】(1)2.55 eV(2)4种。

近年学年高中物理第2章原子结构原子核的基础知识学案教科版选修3-5(2021年整理)

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原子核的基础知识【学习目标】1．知道什么是天然放射性及其规律和发现的意义;2．知道三种射线的本质和区分方法；3．了解质子和中子的发现；4．知道原子核是由质子和中子组成的，掌握原子序数、核电荷数、质量数之间的关系；5．知道α和β衰变的规律及实质;6．理解半衰期的概念;7．学会利用半衰期解决相关问题；8．了解探测射线的仪器及原理;9．了解探测射线的方法;10．了解原子核人工转变及人工放射性同位素；11．了解放射性的应用；12．了解放射性同位素的应用．【要点梳理】要点一、原子核的组成1．天然放射现象-—贝克勒尔的发现1896年,法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能发出一种看不见的射线,这种射线能穿透黑纸而使照相底片感光．这种元素白发地放出射线的现象叫天然放射现象。

物质发射看不见的射线的性质称为放射性,具有放射性的元素称为放射性元素．研究发现，自然界中原子序数大于或等于83的所有元素，都能、自发地放出射线;原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．后来居里夫人发现了两种放射性很强的元素——钋和镭．虽然具有天然放射性的元素的种类很多。

但它们在地球上的含量很少．2．对放射线的研究（1）研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质．把样品放在铅块的窄孔中，在孔的对面放着照相底片,在没有电场和磁场时,发现在底片上正对孔的位置感光了．若在铅块和底片之间放一对电极或加上磁场，使电场方向或磁场方向跟射线方向垂直，结果在底片上有三个地方感光了,说明在电场或磁场作用下，射线分为三束，表明这些射线中有的带电，有的不带电，如图甲和乙所示．从感光位置知道,带正电的射线偏转较小，这种射线叫α射线；带负电的射线偏转较大，这种射线叫β射线;不偏转的射线叫γ射线．（2）各种射线的性质、特征①α射线：卢瑟福经研究发现，α射线粒子带有两个单位正电荷，质量数为4，即α粒子是氦核，速度约是光速的l 10／，有较大的动能．特征：贯穿本领小，电离作用强,能使沿途中的空气电离．②β射线：贝克勒尔证实，β射线是电子流,其速度可达光速的99％．特征:贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至穿透几毫米厚的铝板,但电离作用较弱．③γ射线是一种波长很短的电磁波-—光子流，是能量很高的电磁波,波长1010m λ－＜．特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板．电离作用最弱．3．天然放射现象的意义天然放射现象说明原子核是有内部结构的．元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响．化学反应决定于核外的电子,能量有限，不可能放出α粒子，也不可能放出高速的电子和γ光子来，因此三种射线只能是从原子核内放出的．说明原子核是有复杂结构的．4．原子核的组成卢瑟福建立了原子的核式结构模型，知道核外有带负电的电子，原子核内有带正电的物质，那么，原子核内的构成又是怎样的呢？(1)质子的发现．1919年，卢瑟福又用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子．符号p 或11H ．以后又从氟、钠、铝等原子核中打出了质子，所以断定质子是原子核的组成部分．一开始，人们以为原子核只是由质子组成的．但是，这不能正确地解释原子核的质量和原子核所带的电荷量．如果原子核只是由质子组成的，那么，某种原子核的质量跟质子质量之比，应该等于这种原子核的电荷跟质子电荷之比．实际上,绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷跟质子电荷之比（2）中子的发现．卢瑟福发现质子后，预言核内还有一种不带电的粒子,并给这种还未“出生”的粒子起了一个名字叫“中子”．卢瑟福的预言十年后就变成了现实,他的学生查德威克用实验证明了原子核内含有中子，中子的质量非常接近于质子的质量（用α粒子轰击铍原子核实验）．（3)原子核的组成．原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称核子．原子核所带电荷都是质子电荷的整数倍，用Z 表示，叫做原子核的质子数，或叫核电荷数．原子核的质量是核内质子和中子质量的总和．由于质子和中子质量几乎相等，所以原子核的质量近似等于核子质量的整数倍,用这个整数代表原子核的质量，叫做原子核的质量数,用A 表示，原子核的符号可以表示为X A Z．其中X 为元素符号,A 为原子核的质量数，Z 为核电荷数，例如氦核，可表示为42He ．表示氦核的质量数为4，电荷数为2,核内有2个质子和2个中子．23892U 代表铀核,质量数为238，电荷数为92，质子数为92，中子数为146,有时也可写为238U 或简称为铀238．5．同位素原子核内的质子数决定了元素的化学性质,同种元素的原子质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同．定义:具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素．例如氢的三种同位素：氕(11H ）、氘（21H ）、氚（31H ）．要点二、放射性元素的衰变1．原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子，并不表明原子核内有β粒子或β粒子（β粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在）,放出后“就变成新的原子核”，这种变化称为原子核的衰变．(1）衰变规律：原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒．（2）衰变方程:α衰变：4422X Y He AA Z Z --→+，β衰变:011X Y e AA Z Z +-→+．（3）两个重要的衰变：238234492902U Th He →+,234234090911Th Pa e -→+．①核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化（质量亏损）而释放出核能．②当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变．同时伴随着γ辐射．（4）α粒子和β粒子衰变的实质要点诠释：在放射性元素的原子核中,2个中子和2个质子结合得比较紧密,有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的仪衰变现象．原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子,产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变．α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的．当发生α衰变时，原子核中的质子数减2，中子数也减2，因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2，为此在元素周期表中的位置向前移动两位．β衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子，即β粒子放射出去,同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加．但β衰变不改变原子核的质量数，所以发生β衰变后，新原子核比原来的原子核在周期表中的位置向后移动一位．γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随而生，且γ粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数,故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．但γ射线是伴随α或β衰变而生，它并不能独立发生，所以,只要有γ射线必有α衰变或β衰变发生．因此从整个衰变过程来看，元素在周期表中的位置可能要发生改变．2．半衰期放射性元素具有一定的衰变速率,例如氡222经α衰变后变成钋218,发现经过3.8天后，有一半氡发生了衰变，再经过3.8天后，只剩下四分之一的氡，再经3.8天后,剩下的氡为原来的八分之一;镭226变为氡222的半衰期是1620年．不同元素的半衰期是不一样的．要点诠释:（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫这种元素的半衰期．半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差别很大．（2）公式:用T 表示半衰期，0m 与0N 表示衰变前的质量和原子核数，m 和N 表示衰变后的质量和原子核数，n 表示半衰期数,则0022t T n m m m -==⋅, 0022t TtT N N N -==⋅． (3)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关．（4）规律理解：半衰期是个统计概念，只对大量原子核有意义,对少数原子核是没有意义的．某一个原子核何时发生衰变，是不可知的．若样品中有四个原子核，它们的半衰期为10天，10天后是否有两个原子核发生了衰变是无法确定的．3．核反应方程的配平及α、β衰变次数的确定方法（1)核反应方程中有两个守恒规律:质量数守恒，电荷数守恒．（2）确定衰变次数的原理是两个守恒规律．方法是：设放射性元素X A Z 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素''Y A Z ，则表示该核反应的方程为:'40'21X Y He e A A Z z n m -→++．根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：4A A n =+＇， 2Z Z n m =+＇－．以上两式联立解得： '4A A n -=， ''2A A m Z Z -=+-．由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．（3）技巧上，为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定仪衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．（4）几点说明:①核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程式只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．②核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程．③核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损）而释放出核能．④当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．要点三、探测射线的方法1．威耳逊云室（1）构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹,云室里面有干净的空气．如图所示．（2）原理：把一小块放射性物质(放射源）放在室内侧壁附近（或放在室外，让放射线从窗口射入），先往云室里加少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态．这时如果有射线粒子从室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心，凝结成雾滴,这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹．这种云室是英国物理学家威耳逊于1912年发明的，故叫威耳逊云室．（3）放射线在云室中的径迹．① 粒子的质量比较大,在气体中飞行时不易改变方向．由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗．②β粒子的质量小，跟气体分子碰撞时容易改变方向,并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细,而且常常弯曲．③γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹．④根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质;把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向,还可以知道粒子所带电荷的正负．2．气泡室气泡室的原理同云室的原理类似,所不同的是气泡室里装的是液体(如液态氢）．控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点．当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成,从而显示射线径迹．3．盖革-米勒计数器（1)构造:主要部分是盖革管，外面是一根玻璃管,里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝．管中装有低压的惰性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气,如图所示．（2）原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压．当某种射线粒子进入管内时,它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进人管中后可以产生大量电子,这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中产生了一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．（3）优缺点．优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很方便的．缺点：它对于不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，而不能区分射线的种类．如果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔很短（少于200 ms）时，也不能计数．4．乳胶照相放射线能够使照相底片感光．放射线中的粒子经过照相底片上的乳胶时，使乳胶中的溴化银分解，经显影后,就有一连串的黑点示出粒子的径迹．要点四、放射性的应用与防护1．人工放射性同位素1932年,约里奥·居里和玛丽·居里用α粒子轰击铍、铝、硼等元素，发现了前所未见的穿透性强的辐射,后经查德威克的研究，确定为中子流．1934年，他们用α粒子轰击铝、硼时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子是科学家在1923年发现的，它带一个单位正电荷，质量跟电子质量相同．若拿走α粒子放射源，铝箔不再发射中子，但仍不断地发射正电子，而且这种放射性跟天然放射性具有相同的性质和规律，也有半衰期．经进一步研究发现：铝核被α粒子击中后发生了如下一系列核变化．274301132150Al He P n +→+．这一反应生成的磷30是磷的一种同位素，具有放射性,它像天然放射性元素一样发生衰变,它衰变时放出正电子,衰变方程如下：3030015141P Si e →+．这种具有放射性的同位素叫放射性同位素，这是人类第一次得到的人工放射性物质，由于这一重大发现,约里奥·居里夫妇于1935年获诺贝尔奖．后来人们用质子、氘核、中子、γ射线等轰击原子核，也得到了放射性同位素．天然存在的放射性元素只有四十多种，但用人工方法得到的放射性同位素有一千多种，因而使放射性同位素具有广泛的应用．2．放射性同位素的应用(1）利用它放射出的射线．①利用γ射线的贯穿本领．利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹,这叫γ射线探伤．利用γ射线可以检查30 cm 厚的钢铁部件．利用放射线的贯穿本领，可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自动控制生产过程．②利用射线的电离作用．放射线能使空气电离，从而可以消除静电积累，防止静电产生的危害．③利用γ射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异，培育优良品种．④利用放射线的能量，轰击原子核实现原子核的人工转变．⑤在医疗上，常用以控制病变组织的扩大．（2）作为示踪原子．把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的．我们把用作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．示踪原子有极为广泛的应用:①在工业上可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况．②在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间．③在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围．④在生物科学研究方面,放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明了生命活动的物质基础起了极其重要的作用．使生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平，阐明了一系列重大问题，如遗传密码、细胞膜受体、RNA DNA逆转录等，使人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径．例如：在给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，这样可以知道农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．利用示踪原子还可以检查输油管道上的漏油位置，在生物学研究方面，同位素示踪技术也起着十分重要的作用．3．放射性的污染和防护放射线在我们的生活中无处不在．在合理应用放射性的同时，又要警惕它的危害，进行必要的防护．过量的放射性会对环境造成污染,对人类和自然产生破坏作用．图示是世界通用的辐射警示标志．（1)放射性污染．过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用．几件需要记住的放射性污染是：①1945年美国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹，当日炸死了十多万人，另有无数的平民受到辐射后患有各种疾病，使无辜的平民痛不欲生．②1987年前苏联切尔诺贝利核电站的泄露造成了大量人员的伤亡，至今大片领土仍是生物活动的禁区．③美国在近几年的两次地区冲突(海湾地区、科索沃地区）中大量使用了含有放射性的贫铀弹，使许多人患有莫名其妙的疾病．(2）放射性的危害与防护．【典型例题】类型一、原子核的组成例1．天然放射现象的发现揭示了（）．A．原子不可再分 B．原子的核式结构 C．原子核还可再分 D．原子核由质子和中子组成【思路点拨】汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构;贝克勒尔发现了天然放射现象,说明了原子核也是有着复杂的结构的;天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分；卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用仪粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．【答案】C【解析】本题涉及物理学史的一些知识．汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构;贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的;天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分；卢瑟福用α粒子轰击氮核,发现了质子，查德威克用仪粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以正确选项为C．【总结升华】要了解一些科学的史实，了解人类对物质结构及物质运动规律的认识过程．正是这些伟大的发现才使我们逐步认识了我们所生存的世界．举一反三:【变式】将αβγ、、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是（）．【答案】A 、D【解析】已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向,可知A 、B 、C 、D 四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径mv r Bq=，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为 40.11371.71/18400.992q r m v c r m v q c βαααβββα=⋅⋅=⨯⨯≈．由此可见，A 项正确，B 项错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为0v ，垂直电场线方向位移为x ，沿电场线方向位移为y ，则有0x v t =，212qE y t m=⋅, 消去t 可得2202qEx y mv =．对某一确定的x 值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为 22221/1840(0.99)114(0.1)237.5m v y q c y q m v c ββααββαα=⋅⋅=⨯⨯=，由此可见，C 项错误，D 项正确．【总结升华】明确α射线、β射线及γ射线的本质特征，并能准确判断它们在电场和磁场中的受力情况．例2．下列说法正确的是（）．A．23490Th为钍核,由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B．94Be为铍核,由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数【答案】D【解析】A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项的铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错，D 对．【总结升华】明确核子数、原子数、核外电子数及中子数的相互关系，是正确解答此类问题的关键．举一反三:【变式】已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？（2）镭核所带的电荷量是多少？(3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子？（4）22888Ra是镭的一种同位素，让22688Ra和22888Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？【答案】见解析.【解析】原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的．原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1）镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即22688138N A Z===－－．（2)镭核所带电荷量1917881.610C 1.4110C e Q Z ==⨯⨯=⨯－－．（3）核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88．（4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有2v qvB m r=, mv r qB=，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同,故226228226113228114r r ==．【总结升华】核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍,我们把核内的质子数叫核电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．本题容易把核电荷数误认为是原子核的电荷量而造成错解．例3．阴极射线中的电子流与β射线有什么区别？【思路点拨】阴极射线中的电子流与β射线都是由电子组成,但两种电子产生机理不同.【答案】见解析。

2020-2021学年高中物理第二章原子结构 1 电子教案1 教科版选修3-5

第1节电子的发现教学目标（一）知识与技能：1、了解人类认识物质组成的一个重要历史过程——电子的发现；2、知道如何确定阴极射线粒子流的电荷的性质，知道如何确定电子的电荷量和质量，知道电子质量和电荷量的大小。

（二）过程与方法：培养学生分析和解决问题的能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

（三）情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。

人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。

重点难点重点：阴极射线的研究、电子发现过程蕴含的科学方法难点：汤姆孙发现电子的理论推导设计思想本节由阴极射线和电子的发现两部分内容。

重点是电子的发现过程蕴含的科学方法。

首先通过实验说明阴极射线的存在，然后介绍英国物理学家J.J汤姆孙的两个实验来确定射线的带电性质，最后通过比荷的测定确认电子是原子的组成部分，原子并不是组成物质的最小微粒。

设计时注重物理史实的介绍和研究，突出前人研究的思路和方法。

但由于条件的限制，几乎不可能在课堂上还原相关的实验。

但教师应当通过适当的方式帮助学生理解实验的原理和方法，训练学生科学的思维品质。

教学方法：提问、实验演示、讨论等。

教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】物质是由什么构成的？很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。

这种认识一直统治了人类思想近两千年。

直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。

电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。

【课堂学习】（一）：带负电的微粒问题一：射线从何而来的？气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。

史料：1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。

高中物理第2章原子结构章末整合课件鲁科版选修

2023
PART 03
原子光谱与能级
REPORTING
原子光谱的分类
发射光谱
原子释放出特定频率的光，形成的光谱。根据光谱线的特征，可以推断出原子的种类和状态。
吸收光谱
原子吸收特定频率的光，形成的光谱。在吸收光谱中，某些特定频率的光被吸收，形成暗线或暗带。
能级与跃迁
能级
原子中的电子在不同的状态或轨道上运动，这些状态或轨道具有不同的能量值，称为能级。能级的大小取决于电子的能量。
REPORTING
原子结构实验方法
01
02
03
粒子散射实验
通过观察粒子在金属箔中的散射情况，研究原子内部结构。
原子光谱实验
通过观察不同元素发出的光谱，分析原子能级结构。
核磁共振实验
利用磁场和射频波，研究原子核的自旋和磁矩。
原子结构测量技术
原子能谱测量
通过测量原子发射或吸收的能量，推算原子能级结构。
原子核的密度极高，约为10^17 kg/m³，远大于其周围电子云的密度。
原子核的半径约为其所在元素原子半径的1/10，而其质量约为其所在元素原子质量的99.95%。
放射性元素的性质
放射性元素能够自发地放出射线，包括α射线、β射线和γ射线等
。
放射性元素的半衰期是指其原子核数量减少到原来的一半所需的时间，是放射性元素的重要特征
分子的性质与变化规律
分子的性质
分子的性质主要取决于其组成原子的性质和成键方式。例如，分子的稳定性、熔沸点、颜色等都与其成键方式有关。
分子的变化规律
在一定的条件下，分子会发生化学变化，形成新的物质。这些变化规律是化学反应的基础，也是我们认识物质、改造物质的基础。

2024-2025学年高中物理第二章原子结构1电子教案教科版选修3-5

-进行家庭实验：鼓励学生在家中进行一些简单的实验，如观察金属光泽的消失等，培养学生的实验操作能力和科学思维。
-参观科学馆：安排学生参观科学馆中的原子结构相关展览，让学生在实地参观中学习知识。
教学反思与改进
首先，我会反思导入环节是否能够有效地激发学生的学习兴趣。如果发现学生对原子结构的概念感到困惑，我会尝试采用更生动形象的动画或故事来引入课题，以引发学生的兴趣和好奇心。
-洪特规则：电子优先单独占据一个轨道，自旋方向相同
③原子核的构成
-质子：带正电荷，质量约等于中子
-中子：不带电荷，质量与质子相近
-核力：维持原子核稳定的力量
对于课堂提问环节，我会反思提问的方式是否能够激发学生的思考。如果发现学生回答问题不积极，我会尝试采用更多样化的问题形式，如选择题、判断题等，以提高学生的参与度。
在总结拓展环节，我会思考是否涵盖了所有的关键知识点，并提供了有深度的拓展问题。如果发现学生在拓展学习中遇到困难，我会考虑提供更多相关的学习资源，以帮助学生进一步探索原子结构的相关知识。
学习者分析
“三、学习者分析”显示，学生在进入“2024-2025学年高中物理第二章原子结构1电子教案教科版选修3-5”的学习前，应已掌握一定的物理学基础，如力学、电磁学等。在学习兴趣方面，学生可能对微观世界的好奇心较高，但也有可能对抽象的原子结构概念感到困惑。学生的学习能力存在差异，部分学生可能在实验操作和物理公式的推导上表现优异，而另一部分学生可能更擅长理论理解和记忆。在学习风格上，有的学生偏好视觉学习，有的则更喜欢通过动手实践来掌握知识。在面临困难时，学生可能在理解电子排布规则、原子核结构等方面遇到挑战，教师需针对性地提供辅导和支持。
其次，我会思考讲授新课时是否清晰地解释了电子排布规则等关键知识点。如果学生在练习中出现问题，我会考虑通过举例或进行更深入的讲解，以确保学生能够理解和掌握这些概念。

2020-2021学年高中物理第二章原子结构 2 原子的核式结构模型教案3 教科版选修3-5

教学器材
多媒体教学设备一套（包括：电脑、投影）、自制多媒体课件、网上下载的FLASH小课件
设
计
思
路
教学主线设计
教学媒体设计
教师演示实验：
介绍ɑ粒子散射实验的实验原理、装置、现象由于中学阶段没有条件进行实验，采用动画模拟的方法。
多媒体的应用的设计：
由网上下载2个相关的flash小课件，再将其有机地、无缝地插到自制PPT课件，只使用网上小课件的一小部分对自己有用的部分
三个问题是：用汤姆生的枣糕模型能否解释ɑ粒子大角度散射？请同学们根据以下三方面去考虑：
（1）ɑ粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？
（2）按照枣糕模型，ɑ粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？
（3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？
2．教师小结：
对于问题1、2：
按照枣糕模型，
（1）碰撞前后，质量大的ɑ粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现反弹的现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角散射。
（2）对于ɑ粒子在原子附近时由于原子呈中性，与ɑ粒子之间没有或很小的库仑力的作用，正电荷在原子内部均匀的分布，ɑ粒子穿过原子时，由于原子两侧正电荷将对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使ɑ粒子偏转的力不会很大，所以ɑ粒子大角度散射说明枣糕模型不符合原子结构的实际情况。
传统的教学中只是“授人以鱼，并未授人以渔”，学生并不知道卢瑟福的ɑ粒子散射实验为什么要这样做，并没有学会卢瑟福通过推理分析得出原子的核式结构模型的科学方法，可以说，这节课最精华的所在：科学研究方法如模型法、黑箱法、微观粒子碰撞法，学生并没有从中体会到，是舍本求末的教学法。
教

高中物理第二章原子结构章末整合导学案教科选修

第二章原子结构一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解1．α粒子散射实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”．2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核旋转．【例1】(多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( )A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大答案BC解析在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A 错，B 对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明受到金原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故C 对，D 错．二、对玻尔原子模型的理解1．氢原子的能级对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也不同．原子各能级的关系为E n ＝E 1n 2 (n ＝1,2,3…) 对于氢原子而言，基态能级：E 1＝－13.6 eV2．氢原子的能级图如图1所示．图1 【例2】已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10 m ，量子数为n 的能级值为E n ＝－13.6n 2 eV. (1)求电子在基态轨道上运动的动能； (2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线；(3)计算这几种光谱线中最短的波长．(静电力常量k ＝9×109 N·m 2/C 2，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c ＝3.0×108 m/s)答案见解析解析 (1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则ke 2r 21＝mv 2r 1，又知E k ＝12mv 2，故电子在基态轨道上运动的动能为：E k ＝ke 22r 1＝9×109× 1.6×10－1922×0.528×10－10 J ≈2.18×10－18 J≈13.6 eV.(2)当n ＝1时，能级值为E 1＝－13.612 eV ＝－13.6 eV. 当n ＝2时，能级值为E 2＝－13.622 eV ＝－3.4 eV.当n ＝3时，能级值为E 3＝－13.632 eV≈－1.51 eV.能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共3种，能级图如图所示．(3)由E 3向E 1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．hν＝E 3－E 1，又知ν＝c λ，则有 λ＝hc E 3－E 1＝ 6.63×10－34×3.0×108[－1.51－－13.6]×1.6×10－19 m ≈1.03×10－7m.针对训练1 (多选)下列对玻尔原子理论的评价正确的是( )A ．玻尔原子理论成功解释了氢原子光谱规律，为量子力学的建立奠定了基础B ．玻尔原子理论的成功之处是引入了量子概念C ．玻尔原子理论的成功之处是它保留了经典理论中的一些观点D ．玻尔原子理论与原子的核式结构是完全对立的答案 AB解析玻尔原子理论成功解释了氢原子的发光问题，其成功之处是引入了量子化理论，局限是保留了经典理论中的一些观点，故A 、B 对，C 错；它继承并发展了原子的核式结构观点，故D 错．三、原子的能级跃迁与电离1．能级跃迁的两种方式(1)辐射和吸收光子发生跃迁，可表示如下：高能级低能级E n(2)吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而发生跃迁．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(E ＝E m －E n ，m>n)，均可使原子发生能级跃迁．2．电离的两种方式(1)吸收光子能量发生电离．当光子能量大于或等于13.6 eV 时，可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离．(2)与实物粒子撞击发生电离．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于氢原子所处的能级的能量，均可使原子发生电离．【例3】将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子．(1)若要使n ＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的光照射该氢原子？(2)若用波长为200 nm 的紫外线照射处于n ＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，电子质量m e ＝9.1×10－31 kg) 答案 (1)8.21×1014 Hz (2)9.95×105 m/s解析 (1)n ＝2时，E 2＝－13.622 eV ＝－3.4 eV 所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n ＝∞的轨道，n ＝∞时，E ∞＝0. 所以，要使处于n ＝2激发态的原子电离，电离能为ΔE＝E ∞－E 2＝3.4 eVν＝ΔE h ＝3.4×1.6×10－196.63×10－34 Hz≈8.21×1014Hz. (2)波长为200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量E 0＝hν＝6.63×10－34×3×108200×10－9 J ＝9.945×10－19 J 电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19 J ＝5.44×10－19 J由能量守恒hν－ΔE＝12mv 2 代入数值解得v≈9.95×105m/s.针对训练2 一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV 的光去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？答案能 1.4 eV解析氢原子从基态n ＝1处被完全电离至少吸收13.6 eV 的能量．所以15 eV 的光子能使之电离，由能量守恒可知，完全电离后电子具有的动能E k ＝15 eV －13.6 eV ＝1.4 eV.高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

[配套K12]2018版高中物理第二章原子结构 2.3 玻尔的原子模型导学案教科版选修3-5

第3节玻尔的原子模型[目标定位] 1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子发光问题．一、玻尔的原子模型 1．定态原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的．电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态． 2．跃迁假设原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，即h ν＝E 2－E 1. 3．轨道假设原子的不同能量状态对应于电子不同的运行轨道，原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道也是不连续的．轨道半径r 跟电子动量mv 的乘积满足下式的这些轨道才是可能的．m e vr ＝nh2π(n ＝1,2,3，…)式中n 是正整数，称为量子数．想一想氢原子从高能级向低能级跃迁时，是不是氢原子所处的能级越高，释放的光子能量越大？答案不一定．氢原子从高能级向低能级跃迁时，所释放的光子的能量一定等于能级差，氢原子所处的能级越高，跃迁时能级差不一定越大，释放的光子能量不一定越大．二、氢原子的能级结构1．氢原子的能级公式和轨道半径公式E n ＝E 1n 2(n ＝1,2,3，…)r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)式中E 1＝－13.6 eV ，r 1＝0.53×10－10m.2．氢原子能级图如图1所示图13．解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是不连续的，所以放出的光子的能量也是不连续的，因此原子的发射的光频率也不同．一、对玻尔理论的理解1．轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm＝0.53×10－10m，其余轨道半径满足r n＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数．2．能量量子化(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动．氢原子各能级的关系为：E n＝1n2E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)3．跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级低能级E n【例1】(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是( )A．核外电子运动轨道半径可取任意值B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝|E m－E n|D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量答案BC解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误．【例2】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( ) A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D ．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大答案 D解析根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B 错；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：k e 2r 2＝m v 2r ，又E k ＝12mv 2，所以E k ＝ke 22r.由此式可知：电子离核越远，即r 越大时，电子的动能越小，故A 、C 错；由r 变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D 正确．借题发挥当氢原子从低能量态E n 向高能量态E m (n ＜m )跃迁时，r 增大，E k 减小，E p 增大(或r 增大时，库仑力做负功，电势能E p 增大)，E 增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量h ν＝E m －E n .二、原子能级和能级跃迁的理解 1．氢原子能级图如图2所示图22．根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n 的氢原子跃迁到基态时，可能辐射出不同频率的光子数可用N ＝C 2n ＝n n －2计算．3．原子从低能级向高能级跃迁：只能吸收一定能量的光子，即当一个光子的能量满足h ν＝E 末－E 初时，才可能被某一个原子吸收，而当光子能量h ν大于或小于E 末－E 初时都不能被原子吸收；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．【例3】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答案12.75 eV 跃迁图见解析图解析氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，满足：hν＝E n－E2＝2.55 eVE n＝hν＋E2＝－0.85 eV所以n＝4基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供的能量为ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.跃迁图如图所示．借题发挥(1)如果是一个氢原子，从某一激发态向基态跃迁时，可能发出的不同频率的光子数为n－1.(2)如果是一群氢原子，从某一激发态向基态跃迁时，发出不同频率的光子数为：N＝n n －.2针对训练如图4所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光子中，波长最长的是( )图4A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B ．n ＝4跃迁到n ＝3时辐射的光子C ．n ＝2跃迁到n ＝1时辐射的光子D ．n ＝3跃迁到n ＝2时辐射的光子答案 B解析根据玻尔理论：E m －E n ＝h ν＝h cλ，能级差越小，发射光子的ν越小，λ越长，故B对.对玻尔理论的理解1．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( )A ．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量B ．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C ．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D ．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率答案 ABC解析 A 、B 、C 三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念．原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合．原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关．2．(多选)对氢原子能级公式E n ＝E 1n2的理解，下列说法中正确的是( ) A ．原子定态能量E n 是指核外电子动能与核之间的静电势能的总和 B ．E n 是负值C ．E n 是指核外电子的动能，只能取正值D ．从式中可以看出，随着电子运动半径的增大，原子总能量减少答案 AB解析这里是取电子自由态作为能量零点，所以电子处在各个定态中能量均是负值，E n 表示核外电子动能和电子与核之间的静电势能的总和，所以选项A 、B 对，C 错，因为能量是负值，所以n 越大，E n 越大，D 错．氢原子能级及跃迁3．(多选)氢原子能级如图5所示，当氢原子从n ＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )图5A ．氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB ．用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1跃迁到n ＝2的能级C ．一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D ．用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2跃迁到n ＝3的能级答案 CD解析由氢原子能级图可知氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级的能量差大于从n ＝3跃迁到n ＝2的能级的能量差，根据|E n －E m |＝h ν和ν＝c λ可知，|E n －E m |＝h cλ，选项A 错误；同理从n ＝1跃迁到n ＝2的能级需要的光子能量大约为从n ＝3跃迁到n ＝2的能量差的五倍左右，对应光子波长应为从n ＝3跃迁到n ＝2的能级辐射光波长的五分之一左右，选项B 错误；氢原子从n ＝3跃迁到n ＝1的能级的能量差最多有三种情况，即对应最多有三种频率的光谱线，选项C 正确；氢原子在不同能级间跃迁必须满足|E n －E m |＝h cλ，选项D 正确．4．用频率为ν的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则( ) A ．ν0＜ν1 B ．ν3＝ν2＋ν1 C ．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.1ν1＝1ν2＋1ν3答案 B解析大量氢原子跃迁时，只有三种频率的光谱，这说明是从n ＝3能级向低能级跃迁，根据跃迁公式有，h ν3＝h ν2＋h ν1，解得：ν3＝ν2＋ν1，选项B 正确.(时间：60分钟)题组一对玻尔理论的理解1．根据玻尔理论，关于氢原子的能量，下列说法中正确的是( ) A ．是一系列不连续的任意值 B ．是一系列不连续的特定值C ．可以取任意值D ．可以在某一范围内取任意值解析根据玻尔模型，氢原子的能量是量子化的，是一系列不连续的特定值，另外我们也可以从氢原子的能级图上，得出氢原子的能级是一系列的特定值，而不是任意取值的结论，故A 、C 、D 错，B 对．答案 B2．(多选)根据玻尔理论，以下说法正确的是( ) A ．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B ．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C ．原子内电子的可能轨道是不连续的D ．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差答案 BCD解析根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故选项A 错误，选项B 正确．玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的，不连续的，选项C 正确．原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个轨道的能量差，故选项D 正确．3．氢原子从能量为E 1的较高激发态跃迁到能量为E 2的较低激发态，设真空中的光速为c ，则( )A ．吸收光子的波长为c E 1－E 2hB ．辐射光子的波长为c E 1－E 2h C ．吸收光子的波长为ch E 1－E 2 D ．辐射光子的波长为chE 1－E 2解析氢原子从能量为E 1的较高激发态跃迁到能量为E 2的较低激发态时，要辐射出光子，根据h ν＝hc λ＝E 1－E 2，可得λ＝hcE 1－E 2，选项D 正确．答案 D4．根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )A ．若氢原子由能量为E n 的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为h ν＝E nB ．电子沿某一轨道绕核运动，若电子做圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是νC ．一个氢原子中的电子从一个半径为r a 的轨道自发地直接跃迁到另一半径为r b 的轨道，已知r a >r b ，则此过程原子要辐射某一频率的光子D ．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁答案 C解析原子由能量为E n 的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与E n 不相等，故A 错；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B 错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C 正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D 错．5．氢原子核外电子从外层轨道(半径为r b )向内层轨道(半径为r a )跃迁时(r a <r b )，电子动能的增量ΔE k ＝E k a －E k b ，电势能增量ΔE p ＝E p a －E p b ，则下列表述正确的是( ) A ．ΔE k <0，ΔE p <0，ΔE k ＋ΔE p ＝0 B ．ΔE k <0，ΔE p >0，ΔE k ＋ΔE p ＝0 C ．ΔE k >0，ΔE p <0，ΔE k ＋ΔE p >0 D ．ΔE k >0，ΔE p <0，ΔE k ＋ΔE p <0 答案 D解析根据向心力公式m v 2r ＝k q 2r 2，得E k ＝12mv 2＝kq22r，即半径越大动能越小，所以ΔE k >0；由于核外电子和核内质子有相互的吸引力，当电子从外层轨道向内层轨道跃迁时，电场力做正功，电势能减小，所以ΔE p <0；又由于内层轨道比外层轨道原子的能级低，所以ΔE k ＋ΔE p <0. 题组二氢原子能级及跃迁6. (多选)氢原子的部分能级如图1所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV 到3.11 eV 之间．由此可推知，氢原子( )图1A ．从高能级向n ＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B ．从高能级向n ＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C ．从高能级向n ＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D ．从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时发出的光为可见光答案 AD解析从高能级向n ＝1的能级跃迁的过程中，辐射出的光子最小能量为10.20 eV ，不在1.62 eV 到3.11 eV 之间，A 正确；已知可见光子能量在1.62 eV 到3.11 eV 之间，从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光的光子能量≤3.40 eV，B错；从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的能量小于1.51 eV，频率低于可见光，C错；从n＝3到n＝2的过程中释放的光子的能量等于1.89 eV，介于1.62 eV到3.11 eV之间，所以是可见光，D对．7．在氢原子能级图中，横线间的距离越大，代表氢原子能级差越大，下列能级图中，能形象表示氢原子最低的四个能级的是( )答案 C解析由氢原子能级图可知，量子数n越大，能级越密，所以C对．8．处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有( )A．1种B．2种C．3种D．4种答案 C解析一群处于n＝3能级上的氢原子跃迁时，辐射光的频率有N＝C2n＝n n－2＝3种，C项正确．9．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．如图2为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n ＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E等于( )图2A．h(ν3－ν1) B．h(ν3＋ν1)C．hν3D．hν4答案 C解析μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3.10．(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( )A．用10.2 eV 的光子照射B．用11 eV 的光子照射C．用14 eV 的光子照射D．用11 eV的电子碰撞答案ACD解析由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只能吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子．由氢原子的能级关系可算出10.2 eV刚好等于氢原子n＝1和n＝2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因而氢原子能吸收前者而不能吸收后者，故A对，B错；14 eV的光子其能量大于氢原子的电离能(13.6 eV)，足以使氢原子电离——使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制．由能量守恒定律不难知道氢原子吸收14 eV的光子电离后，产生的自由电子还应具有0.4 eV 的动能．用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地为氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，故C、D对．11．氢原子部分能级的示意图如图3所示，不同色光的光子能量如下表所示：图3A．红、蓝—靛B．黄、绿C．红、紫D．蓝—靛、紫答案 A解析由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.61～3.10 eV，故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E1＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV，即蓝—靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E2＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV，即红光．题组三综合应用12．如图4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，求：教育配套资料K12教育配套资料K12图4(1)有可能放出几种能量的光子？ (2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？波长是多少？答案 (1)6 (2)第四能级向第三能级 1.88×10－6 m解析 (1)由N ＝C 2n ，可得N ＝C 24＝6种；(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长，根据h c λ＝h ν＝E 4－E 3＝[－0.85－(－1.51)] eV ＝0.66 eV ， λ＝hc E 4－E 3＝6.63×10－34×3×1080.66×1.6×10－19 m≈1.88×10－6 m. 13．氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？(已知电子质量m ＝9.1×10－31 kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s)答案 (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3)9.14×10－8 m解析 (1)设处于基态的氢原子核外电子速度大小为v 1，则k e 2r 21＝mv 21r 1，所以电子动能E k1＝12mv 21＝ke 22r 1＝9×109－1922×0.53×10－10×1.6×10－19 eV≈13.6 eV. (2)因为E 1＝E k1＋E p1，所以E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝－27.2 eV.(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：hc λ＝0－E 1.所以λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19 m ≈9.14×10－8m.。

2019-2020学年高中物理第2章原子结构本章优化总结教学案鲁科版选修3-5

本章优化总结原子跃迁的条件与规律1.原子跃迁条件：hν＝E 初－E 终，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和实物粒子作用而使原子激发的情况，则不受条件的限制．这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论．基态氢原子的电离能为13.6 eV ，只要大于或等于13.6 eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，至于实物粒子和原子碰撞情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁．一群氢原子处于n ＝k 能级向较低激发态或基态跃迁时，可能产生的光谱线条数的计算公式为：N ＝k （k －1）2.2.原子电离，相当于氢原子跃迁到n →∞的激发态，其原子电离后的能量比它处于各个激发态时的能量都高，原子的能级越高，使原子失去电子需要的能量越小，该激发态时的电离能越小．3.原子发光就是原子吸收能量被激发到较高能级，而后再向较低能级辐射出能量(以光子形式)的结果．由于原子的能量不连续，故原子辐射或吸收的光子频率是若干分立的值，这也是原子光谱是线状光谱的原因．(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( )A ．用10.2 eV 的光子照射B ．用11 eV 的光子照射C ．用14 eV 的光子照射D ．用10 eV 的光子照射[解析] 由氢原子能级图可求得E 2－E 1＝－3.4 eV －(－13.6 eV)＝10.2 eV ，即10.2 eV 是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2 eV 的光子后将跃迁到第一激发态，可使处于基态的氢原子激发，A 项正确；E m －E 1≠11 eV 、E m －E 1≠10 eV ，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B 、D 项错误；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量须不小于13.6 eV ，而14 eV>13.6 eV ，故用14 eV 的光子照射可使基态的氢原子电离，C 项正确．[答案] AC原子跃迁条件hν＝E m －E n 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．原子跃迁发出的光谱线条数N ＝C 2n ＝n （n －1）2，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径．核外电子运动轨道与其对应的能量核外电子绕核做圆周运动的向心力，来源于库仑力(量子化的卫星运动模型)．规定无穷远处原子的能量为零，则原子各能级的能量为负值．而E 1＝－13.6 eV ，r 1＝0.53×10－10 m ，E n ＝E 1n 2，r n ＝n 2r 1，随着量子数n 的增大轨道半径增大，原子能量增大．另外由经典理论 ke 2r 2n ＝m v 2r n知，其动能 E k n ＝12mv 2＝ke 22r n ＝13.6 eV n 2即E k n ＝|E 1|n2，随n 的增大，电子的动能减小．其电势能E p n ＝E n －E k n ＝2E 1n2，随n 的增大，原子的电势能增大．可能轨道上的速率v n ＝ ke 2mr n ＝v 1n. 氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV ，电子绕核运动的半径为r 1＝0.53×10－10m ．求氢原子处于n ＝2的激发态时：(1)原子系统具有的能量．(2)电子在轨道上运动的动能．(3)电子具有的电势能．[解析] (1)由E n ＝E 1n 2得E 2＝E 122＝－3.4 eV. (2)电子绕核旋转由库仑力提供向心力由牛顿第二定律得k e 2r 22＝m v 2r 2，又有：r 2＝22r 1 E k2＝12mv 2解得：E k2＝ke 28r 1＝9×109×（1.6×10－19）28×0.53×10－10 J ＝3.4 eV. (3)由E 2＝E k2＋E p2得 E p2＝E 2－E k2＝－3.4 eV －3.4 eV ＝－6.8 eV.[答案] (1)－3.4 eV (2)3.4 eV (3)－6.8 eV。