高中物理-原子结构章末复习

高中物理-原子结构章末复习

【知识网络梳理】

【知识要点与方法指导】

一、重点、难点、方法

1．原子核式结构的提出与α粒子散射实验的关系

卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布,并非为了验证汤姆孙模型的正与误,他在做了α粒子散射实验后,根据实验现象的分析提出了原子的“核式结构”模型。

2．对氢原子能级跃迁的理解

（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

hv E E =-末初时,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hv

大于或小于E E -末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。

（3）当光子能量大于或等于13.6eV 时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离；当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。

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为2

(1)2

n n n N C -=

=。 （4）原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发,由于实物粒子的动能

原

子结构

⎧⎪

⎪

⎪

⎪

⎨

⎪⎪⎪

⎪⎩

电子的发现原子模型⎧⎪⎪⎪⎨

⎪⎪⎪⎩光谱光谱分析：用明线光谱和吸收光谱分析物质的化学组成

⎧⎪

⎨⎪⎩吸收光谱发射光谱⎧⎨⎩连续谱

线状谱⎧⎨

⎩汤姆孙的发现：阴极射线为电子流

电子发现的意义：原子可以再分⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎩

汤姆孙枣糕式模型卢瑟福核式结构模型玻尔原子结构模型氢原子光谱和光谱分析⎧⎪

⎨⎪⎩能量量子化轨道量子化能级跃迁

可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射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能量大于或等于两能级的差值（m n E E E m n =->且）,均可使原子发生能级跃迁。

（5）跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化

当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的电势能P E 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,电子能动减小,原子能量增大。

二、要点深化

原子跃子时需注意以下几个问题： 1．一群氢原子和一个氢原子

氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一个可能轨道上,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一轨道时,可能的情况只有一种,但是如果容器中盛有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了,所以,要注意一群氢原子处在量子数为n 的激发态时,可能辐射的光谱线条数为2

(1)2

n

n n N C -==,而一个氢原子处在量子数为n 的激发态时,可能辐射的光谱线条数为1n -。

2．直接跃迁与间接跃迁

原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时,有时可能间接跃迁,两种情况的辐射（或吸收）光子的频率可能不同。

3．跃迁与电离

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,若想把处于某一定态的原子的电子电离出去,就需要给原子一定的能量,若基态原子电离（即上升到n =∞）,其电离能为13.6ev ,只要能量等于或大于13.6ev 的光子都能将基态氢原子电离。只不过入射光子的能量越大,电离后的电子获得的动能越大。

【典题探究】

【例1】在α粒子散射实验中,当在α粒子最接近原子核时,关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪种情况？（ ）。

A ．动能最小

B ．势能最小

C ．α粒子与金原子核组成的系统能量最小

D ．α粒子所受金原子核的斥力最大 [解析]α粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小时,库仑力做负功,故α粒子动能减小,电势能增加；系统的能量守恒,由库仑定律可知随着距离的减小,库仑斥力逐渐增大。

[答案]AD

【例2】氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62eV ～3.11eV 。下列说法错误的是（ ）。

A ．处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离

B ．大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应

C ．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光

D ．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光 [解析]大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,共可发出6种频率的光,其中在可见光范围内的有n=4到n=2和n=3到n=2两种,故选D 项,不选C 项。n=3能级能量为 1.51eV -,因紫外线能量大于1.51eV ,故紫外线可使处于n=3能级的原子电离,故不选A 项。n=4能级跃迁到n=3能级释放能量为0.66 1.62eV eV <,此光为红外线具有显著热效应,故不选B 项。 [答案]D

【例3】已知氢原子基态的电子轨道半径为1010.5310r m -=⨯,基态的能级值为113.6E eV =-。

（1）求电子在n=2的轨道上运动所形成的等效电流强度；

（2）有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出一能级图并在图上用箭头表示这些氢原子能发出哪几条光谱线；

（3）计算出这几条谱线中最长的波长。

[解析]（1）电子的绕核运转具有周期性,设运转周期为T ,由牛顿第二定律和库仑定律可知：2

22222ke m r r T π⎛⎫= ⎪⎝⎭

,且2

2114r n r r ==；对轨道上任一处,每一周期通过该处的电量为e ,由电流强度的定义式,可求得等效电流强度e

I T

=

；联立上述三式可得：111.310I A -=⨯。 （2）由于这群氢原子的自发跃迁辐射,会得到三条谱线,如图所示：

（3）三条光谱线中波长最长的光子能量最小,发生跃迁的两个能级的能量差最小,根据氢原子能级的分布规律可知,氢原子一定是从n=3的能级跃迁到n=2能级,设波长为λ,由

32hc

E E λ

=-；得732

6.5810hc

m E E λ-=

=⨯-。

n

,/F eV

∞04231

0.85-3.4-1.51-13.6

-