高中物理第二章本章整合课件教科选修35教科高中选修35物理课件
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不会把分子打碎.据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗
克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)(
)
-21 J
-18 -15 J的光子能量
-34
E=hν=h =6.6×10 ×
3×108
100×10-9
答案:B
12/12/2021
原子处于基态时,原子是稳定的,但原子在吸收能量跃迁到激发
态后,就不稳定了,这时就会向低能级定态跃迁,而跃迁到基态,有时
是经多次跃迁再到基态.
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
(-1)
数为N= C2 =
.
2
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
【专题训练3】 氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,当
和计算
1.玻尔原子模型
(1)量子化观点:电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐
射或吸收光子的频率都只能是分立的、不连续的值.
(2)对应关系:电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态.
(3)定态观点:电子在某一可能轨道上运动时,原子是不向外辐射
电磁波的,轨道与能量是稳定的.
(4)跃迁观点:能级跃迁时辐射或吸收光子的能量,hν=Em-En(m>n).
12/12/2021
带负电的微粒
电子 微粒比荷(荷质比)的测定
电子电荷量的精确测定 元电荷
原
大多数沿原来方向前进
子
α 粒子散射实验及其现象 极少数发生大角度偏转,
结
有的甚至被弹回
构 原子的核式结构模型
原子的核式结构模型
核式结构模型
原子核的大小与组成
原子的核式结构模型与经典理论的矛盾
12/12/2021
1
-0.96E1= 2 E1-E1
解得 n=5.
频率最低的光子能量为 hνmin=E5-E4= 1 − 1 =0.31 eV.
25
2
具有不同频率的光子的数量为C5 =10.
答案:0.31 10
12/12/2021
16
12/12/2021
原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子甚
至被撞了回来.
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
3.三个原子模型的对比.
原子模型 实验基础 原子结构
原子是一个球体,正
“枣糕”
电子的发
电荷均匀分布在球
模型
现
内,电子镶嵌其中
原子的中心有一个很
卢瑟福的 小的核,全部正电荷
核式结
α 粒子散 和几乎全部质量集中
D.0.093 MeV
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
解析:解答本题应仔细审题,且类比同学们比较熟悉的氢原子模
型,熟知能级及电离、能级跃迁原理等知识.
(1)设能级为En,电离后动能为Ek,则Ek=En+E0,所以En=Ek-E0
计算K、L、M三个能级值:
EK=-0.093 MeV,EL=-0.017 MeV
EM=-0.004 MeV.
(2)跃迁情形如右图所示,共可辐射三种频率的射线,射线能量分
别为E1=EM-EK=0.089 MeV,E2=EL-EK=0.076 MeV,E3=EM-EL=0.013
MeV,故正确选项为AC.
答案:AC
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
专题三 氢原子跃迁、电离的规律以及原子光谱线频率的分析
(3)3种
1
2
3
4
5
1(2017·北京卷)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自
由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调
的世界上最强的极紫外激光脉冲,大连光源因其光子的能量大、密
度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重
要作用.
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又
构模型
射实验
在核里,电子在核外
运动
成功和局限
可解释一些实验现象,
但无法说明 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
的稳定性及原子光谱
的分立特征
成功解释了氢原子光
玻尔的原 氢原子光 在核式结构模型基础 谱及原子的稳定性,不
子模型
谱的研究 上,引入量子观念
能解释较复杂原子的
光谱现象
12/12/2021
连续谱
光谱的几种类型 明线光谱
吸收光谱
光谱 氢原子光谱
光谱分析的应用
原
子
结
构
1
1 1
氢原子光谱:巴尔末公式 = H 2 - 2 ( = 3,4,5,6,…)
2
轨道量子化与定态
玻尔的原子结构理论
频率条件 ℎ = -
氢原子轨道量子化: = 2 1
1
玻尔的原子模型 能级
氢原子能量量子化: = 2
|1 |
即 Ekn=
2
,随 n 的增大,电子的动能减小.
2
其电势能 Epn=En-Ekn= 21 ,随 n 的增大,原子的电势能增大.
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
【专题训练2】 (多选)若原子的某内层电子被电离形成空位,其
他层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式
专题一
专题二
专题三
【专题训练1】 (多选)下列关于原子结构的说法正确的是(
)
A.电子的发现说明了原子内部还有复杂结构
B.α粒子散射实验揭示了原子的核式结构
C.α粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转
D.α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子发
生碰撞所致
解析:电子的发现,证明了原子内部存在带正电的物质,α粒子的散
J≈1.98×10-18 J,故选 B.
1
2
3
4
5
2(2016·上海卷)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出了原
子内部存在(
)
A.电子 B.中子
C.质子 D.原子核
解析:α粒子散射实验的实验现象是当α粒子打在金箔上时,大部分α
粒子不发生偏转或偏转角度很小,说明金箔原子存在大量的“空白”
区间,只有少部分α粒子偏转角度很大,说明金箔原子存在一个质量
L、M层电子,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电
离.实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为
EkK=1.323 MeV、EkL=1.399 MeV、EkM=1.412 MeV.则可能发射的
特征X射线的能量为(
)
A.0.013 MeV
B.0.017 MeV
C.0.076 MeV
答案:D
12/12/2021
1
2
3
4
5
5(2015·海南卷)氢原子基态的能量为E1=-13.6 eV.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的光子中,频率最高的
光子能量为-0.96E1,频率最低的光子的能量为
eV(保留两
位有效数字),这些光子可具有
种不同的频率.
解析:氢原子原来处于n能级,由频率条件知:
E1=-13.6 eV
r1=0.53×10-10 m
1
En= 2 ,rn=n2r1,随轨道半径的增大,能量增大.
2.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)
2
2
另外由经典理论 2 =m 知,其动能
1
2
2
2
Ekn= mv2=
=
13.6eV
2
很大的“核”,D选项正确.
答案:D
12/12/2021
1
2
3
4
5
3(2016·北京卷)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(
)
种种
种种
解析:氢原子能级跃迁如图所示:
氢原子从第3能级跃迁至第2能级,从第2能级跃迁至第1能级,从第3
能级直接跃迁至第1能级,共辐射3种不同频率的光子.
用玻尔的原子结构理论解释氢光谱
线状谱:ℎ = - ( > )
吸收光谱:ℎ = - ( < )
玻尔原子结构理论的意义
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
专题一 原子的核式结构
1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子.
2.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
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
(5)①原子吸收光子能量是有条件的,只有等于某两个能级差时才
被吸收发生跃迁.
②如果入射光的能量E≥13.6 eV,原子也能吸收光子,则原子电离.
③用粒子碰撞的方法使原子能级跃迁时,粒子能量大于能级差即
可.
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
2.跃迁与光谱线
答案:C
12/12/2021
1
2
3
4
5
4(2015·上海卷)在α粒子散射实验中,电子对α粒子运动的影响可以
忽略.这是因为与α粒子相比,电子的(
)
A.电荷量太小 B.速度太小
C.体积太小
D.质量太小
解析:α粒子的质量是电子质量的7 000多倍,α粒子碰到电子,像子弹
碰到灰尘,损失的能量极少,几乎不改变运动的轨迹,故选项D正确.
释放出来,此电磁辐射就是原子的特征X射线.内层空位的产生有多
种机制,其中的一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回
基态时,将跃迁时释放的能量交给某一内层电子,使此内层电子电
离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子).214Po的原子核从某
一激发态回到基态时,可将能量E0=1.416 MeV交给内层电子(如K、
射实验说明了原子内部很空旷,揭示了原子的内部结构,A、B正
确;α粒子散射实验中少数发生了较大偏转,发生较大偏转是α粒子
与原子核之间相互排斥所致,C、D错误.
答案:AB
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
专题二 原子跃迁过程中原子的能量变化规律
1.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
专题一
专题二
专题三
解析:(1)由跃迁公式得hν=E3-E1①
ν= ②
由①②代入数据得λ=1.03×10-7 m.
(2)若要将基态原子电离hν=0-E1,代入数据得ν=3.3×1015 Hz.
(3)光子种数 N=C32 =3 种.
答案:(1)1.03×10-7 m
12/12/2021
(2)3.3×1015 Hz
处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51 eV,则:
(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光
子的波长是多少?
(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照
射原子?
(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中可能释
12/12/2021
放出几种不同频率的光子?
克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)(
)
-21 J
-18 -15 J的光子能量
-34
E=hν=h =6.6×10 ×
3×108
100×10-9
答案:B
12/12/2021
原子处于基态时,原子是稳定的,但原子在吸收能量跃迁到激发
态后,就不稳定了,这时就会向低能级定态跃迁,而跃迁到基态,有时
是经多次跃迁再到基态.
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
(-1)
数为N= C2 =
.
2
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
【专题训练3】 氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,当
和计算
1.玻尔原子模型
(1)量子化观点:电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐
射或吸收光子的频率都只能是分立的、不连续的值.
(2)对应关系:电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态.
(3)定态观点:电子在某一可能轨道上运动时,原子是不向外辐射
电磁波的,轨道与能量是稳定的.
(4)跃迁观点:能级跃迁时辐射或吸收光子的能量,hν=Em-En(m>n).
12/12/2021
带负电的微粒
电子 微粒比荷(荷质比)的测定
电子电荷量的精确测定 元电荷
原
大多数沿原来方向前进
子
α 粒子散射实验及其现象 极少数发生大角度偏转,
结
有的甚至被弹回
构 原子的核式结构模型
原子的核式结构模型
核式结构模型
原子核的大小与组成
原子的核式结构模型与经典理论的矛盾
12/12/2021
1
-0.96E1= 2 E1-E1
解得 n=5.
频率最低的光子能量为 hνmin=E5-E4= 1 − 1 =0.31 eV.
25
2
具有不同频率的光子的数量为C5 =10.
答案:0.31 10
12/12/2021
16
12/12/2021
原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子甚
至被撞了回来.
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
3.三个原子模型的对比.
原子模型 实验基础 原子结构
原子是一个球体,正
“枣糕”
电子的发
电荷均匀分布在球
模型
现
内,电子镶嵌其中
原子的中心有一个很
卢瑟福的 小的核,全部正电荷
核式结
α 粒子散 和几乎全部质量集中
D.0.093 MeV
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
解析:解答本题应仔细审题,且类比同学们比较熟悉的氢原子模
型,熟知能级及电离、能级跃迁原理等知识.
(1)设能级为En,电离后动能为Ek,则Ek=En+E0,所以En=Ek-E0
计算K、L、M三个能级值:
EK=-0.093 MeV,EL=-0.017 MeV
EM=-0.004 MeV.
(2)跃迁情形如右图所示,共可辐射三种频率的射线,射线能量分
别为E1=EM-EK=0.089 MeV,E2=EL-EK=0.076 MeV,E3=EM-EL=0.013
MeV,故正确选项为AC.
答案:AC
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
专题三 氢原子跃迁、电离的规律以及原子光谱线频率的分析
(3)3种
1
2
3
4
5
1(2017·北京卷)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自
由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调
的世界上最强的极紫外激光脉冲,大连光源因其光子的能量大、密
度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重
要作用.
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又
构模型
射实验
在核里,电子在核外
运动
成功和局限
可解释一些实验现象,
但无法说明 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
的稳定性及原子光谱
的分立特征
成功解释了氢原子光
玻尔的原 氢原子光 在核式结构模型基础 谱及原子的稳定性,不
子模型
谱的研究 上,引入量子观念
能解释较复杂原子的
光谱现象
12/12/2021
连续谱
光谱的几种类型 明线光谱
吸收光谱
光谱 氢原子光谱
光谱分析的应用
原
子
结
构
1
1 1
氢原子光谱:巴尔末公式 = H 2 - 2 ( = 3,4,5,6,…)
2
轨道量子化与定态
玻尔的原子结构理论
频率条件 ℎ = -
氢原子轨道量子化: = 2 1
1
玻尔的原子模型 能级
氢原子能量量子化: = 2
|1 |
即 Ekn=
2
,随 n 的增大,电子的动能减小.
2
其电势能 Epn=En-Ekn= 21 ,随 n 的增大,原子的电势能增大.
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
【专题训练2】 (多选)若原子的某内层电子被电离形成空位,其
他层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式
专题一
专题二
专题三
【专题训练1】 (多选)下列关于原子结构的说法正确的是(
)
A.电子的发现说明了原子内部还有复杂结构
B.α粒子散射实验揭示了原子的核式结构
C.α粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转
D.α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子发
生碰撞所致
解析:电子的发现,证明了原子内部存在带正电的物质,α粒子的散
J≈1.98×10-18 J,故选 B.
1
2
3
4
5
2(2016·上海卷)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出了原
子内部存在(
)
A.电子 B.中子
C.质子 D.原子核
解析:α粒子散射实验的实验现象是当α粒子打在金箔上时,大部分α
粒子不发生偏转或偏转角度很小,说明金箔原子存在大量的“空白”
区间,只有少部分α粒子偏转角度很大,说明金箔原子存在一个质量
L、M层电子,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电
离.实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为
EkK=1.323 MeV、EkL=1.399 MeV、EkM=1.412 MeV.则可能发射的
特征X射线的能量为(
)
A.0.013 MeV
B.0.017 MeV
C.0.076 MeV
答案:D
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1
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3
4
5
5(2015·海南卷)氢原子基态的能量为E1=-13.6 eV.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的光子中,频率最高的
光子能量为-0.96E1,频率最低的光子的能量为
eV(保留两
位有效数字),这些光子可具有
种不同的频率.
解析:氢原子原来处于n能级,由频率条件知:
E1=-13.6 eV
r1=0.53×10-10 m
1
En= 2 ,rn=n2r1,随轨道半径的增大,能量增大.
2.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)
2
2
另外由经典理论 2 =m 知,其动能
1
2
2
2
Ekn= mv2=
=
13.6eV
2
很大的“核”,D选项正确.
答案:D
12/12/2021
1
2
3
4
5
3(2016·北京卷)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(
)
种种
种种
解析:氢原子能级跃迁如图所示:
氢原子从第3能级跃迁至第2能级,从第2能级跃迁至第1能级,从第3
能级直接跃迁至第1能级,共辐射3种不同频率的光子.
用玻尔的原子结构理论解释氢光谱
线状谱:ℎ = - ( > )
吸收光谱:ℎ = - ( < )
玻尔原子结构理论的意义
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
专题一 原子的核式结构
1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子.
2.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
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
(5)①原子吸收光子能量是有条件的,只有等于某两个能级差时才
被吸收发生跃迁.
②如果入射光的能量E≥13.6 eV,原子也能吸收光子,则原子电离.
③用粒子碰撞的方法使原子能级跃迁时,粒子能量大于能级差即
可.
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
2.跃迁与光谱线
答案:C
12/12/2021
1
2
3
4
5
4(2015·上海卷)在α粒子散射实验中,电子对α粒子运动的影响可以
忽略.这是因为与α粒子相比,电子的(
)
A.电荷量太小 B.速度太小
C.体积太小
D.质量太小
解析:α粒子的质量是电子质量的7 000多倍,α粒子碰到电子,像子弹
碰到灰尘,损失的能量极少,几乎不改变运动的轨迹,故选项D正确.
释放出来,此电磁辐射就是原子的特征X射线.内层空位的产生有多
种机制,其中的一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回
基态时,将跃迁时释放的能量交给某一内层电子,使此内层电子电
离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子).214Po的原子核从某
一激发态回到基态时,可将能量E0=1.416 MeV交给内层电子(如K、
射实验说明了原子内部很空旷,揭示了原子的内部结构,A、B正
确;α粒子散射实验中少数发生了较大偏转,发生较大偏转是α粒子
与原子核之间相互排斥所致,C、D错误.
答案:AB
12/12/2021
专题一
专题二
专题三
专题二 原子跃迁过程中原子的能量变化规律
1.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
专题一
专题二
专题三
解析:(1)由跃迁公式得hν=E3-E1①
ν= ②
由①②代入数据得λ=1.03×10-7 m.
(2)若要将基态原子电离hν=0-E1,代入数据得ν=3.3×1015 Hz.
(3)光子种数 N=C32 =3 种.
答案:(1)1.03×10-7 m
12/12/2021
(2)3.3×1015 Hz
处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51 eV,则:
(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光
子的波长是多少?
(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照
射原子?
(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中可能释
12/12/2021
放出几种不同频率的光子?