2018届高三物理一轮复习+知识梳理：选修3-5++第十八章 原子结构

第十八章原子结构
第62讲原子的核式结构模型氢原子光谱原子能级
(注：①考纲要求中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难)
一、电子的发现
英国的物理学家________发现了电子．引发了对原子中正负电荷如何分布的研究．
二、原子的核式结构
1．α粒子散射实验的结果
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但________α粒子发生了大角度偏转，________α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．
2．卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核，叫________，原子的所有正电荷和几乎________都集中在原子核里，带负电的________在核外绕核旋转．
3．原子核的尺度：原子核直径的数量级为________ m ，原子直径的数量级约为________ m.
·针对训练1· (回归教材选修35十八章第2节)卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型．如图所示的平面示意图中①、③两条线表示α粒子运动的轨迹，则沿②所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹是( )
A ．轨迹a
B ．轨迹b
C ．轨迹c
D ．轨迹d 三、氢原子光谱 1．光谱 (1)光谱
用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的________(频率)和强度分布的记录，即光谱．
(2)光谱分类
有些光谱是一条条的________，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的________，这样的光谱叫做连续谱． (3)氢原子光谱的实验规律 氢原子光谱是________谱．
巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ
＝________，(n ＝3，4，5，…)，
R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数．
核式结构模型正确的解释了α粒子散射实验的结果，但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释氢原子光谱的分立特性．
四、玻尔理论
玻尔提出了自己的原子结构假说，成功的解释了原子的稳定性及氢原子光谱的分立特性．
(1)轨道量子化：电子绕原子核运动的轨道的半径不是任意的，只有当半径的大小符合一定条件时，这样的轨道才是可能的．电子的轨道是量子化的．电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射．
(2)能量量子化：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量．因此原子的能量是量子化的．
这些量子化的能量值叫做__________．原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为__________．能量最低的状态叫做__________，其他的状态叫做__________．
原子只能处于一系列不连续的轨道和能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，保持稳定状态．
(3)跃迁频率条件：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，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝____________．(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
·针对训练2·(回归教材选修35第十八章第4节)(多选)下列叙述中，符合玻尔氢原子的理论的是()
A．电子的可能轨道的分布只能是不连续的
B．大量原子发光的光谱应该是包含一切频率的连续光谱
C．电子绕核做加速运动，不向外辐射能量
D．与地球附近的人造卫星相似，绕核运行，电子的轨道半径也要逐渐减小
五、氢原子的能级、能级公式
1．氢原子的能级图(如图所示)
(1)图中n为量子数，n越小，离原子核的距离越________．
(2)图中E为能级．n＝1，原子处于基态，能级为－13.6ev.其他状态为激发态．2．氢原子的能级和轨道半径
(1)氢原子的能级公式：E n＝1
n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1
＝－13.6eV.
(2)氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
能级跃迁与光谱线
1．对氢原子的能级图的理解
氢原子能级图的意义：
(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．
(2)横线左端的数字“1，2，3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能级．
(3)相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小．
(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝E m－E n.
2．关于能级跃迁的三点说明
(1)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．
(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大、电子动能减小，原子能量增大．
(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N＝C2n＝n（n－1）
2.
3．原子跃迁的两种类型
(1)原子吸收光子的能量时，原子将由低能级态跃迁到高能级态．但只吸收能量为能级差的光子，原子发光时是由高能级态向低能级态跃迁，发出的光子能量仍为能级差．
(2)实物粒子和原子作用而使原子激发或电离，是通过实物粒子和原子碰撞来实现的．在碰撞过程中，实物粒子的动能可以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个能级差值，就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级；当入射粒子的动能大于原子在某能级的能量值时，也可以使原子电离.
·典型例题1·如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()
A．原子A可能辐射出3种频率的光子
B ．原子B 可能辐射出3种频率的光子
C ．原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁到能级E 4
D ．原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁到能级
E 4
【测量目标】 本题考查了原子的能级跃迁，测量考生的理解能力．
【练练手】 ·举一反三1· (14年上海高考)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是( ) A ．原子中心有一个很小的原子核 B ．原子核是由质子和中子组成的 C ．原子质量几乎全部集中在原子核内 D ．原子的正电荷全部集中在原子核内
【测量目标】 本题考查了原子的核式结构模型，测量考生的理解能力．
·典型例题2· 氢原子各个能级的能量值如图所示，为使一处于基态的氢原子核外电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，所需的最小能量为____________ eV ；大量处于量子数n ＝4的能级氢原子跃迁到n ＝2的能级跃迁时最多可以产生________种不同频率的谱线．
【测量目标】 本题考查了氢原子的能级图，测量考生的理解能力和应用数学处理物理问题的能力．
温馨提示
一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N ＝C ＝n （n －1）2
.
【练练手】 ·举一反三2· 氢原子第n 能级的能量为E n ＝E 1
n 2，其中E 1为基态能量．当氢原子由第
4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，则r 1
r 2
＝________．
【测量目标】 本题考查了氢原子的能级跃迁，测量考生的应用数学处理物理问题的能力．
1.卢瑟福提出原子的核式结构模型，该模型建立的基础是( )
A ．α粒子的散射实验
B ．对阴极射线的研究
C ．天然放射性现象的发现
D ．质子的发现 2．(多选)关于原子结构，下列说法正确的是( ) A ．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律 B ．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性 C ．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子
D ．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”
第3题图
3．可见光光子的能量在1.61eV～3.10eV范围内．若氢原子从高能级跃迁到低能级，根据氢原子能级图(如图所示)可判断()
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出可见光
B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出可见光
C．从n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出可见光
D．从n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出可见光
第4题图
4．如图所示是某原子的三个能级，其能量分别为E1、E2和E3.a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光，已知a、b的波长分别为λA和λB，普朗克常量为h，真空中光速为C.则c的波长为________，能量差E3－E2＝________．
5．用能量为E0的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子，这一能量E0称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出一电子(电子质量为m)．该电子在远离核以后速度的大小为____________，其德布罗意波长为____________(普朗克常量为h)．
6．(15年广东高考)氢原子第n 能级的能量为E n ＝E 1
n 2，其中E 1为基态能量，其中氢原子
基态能量为E 1＝－13.6eV .大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为______ eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．
(13年江苏高考)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He ＋
)的能级图如图所示．电子处在n ＝3轨道上比处在n ＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He ＋
处在n ＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条．。