高考综合复习原子结构原子核专题复习

高考综合复习——原子结构原子核专题复习

总体感知

知识网络

第一部分原子结构

知识要点梳理

知识点一——原子的核式结构模型

▲知识梳理

一、电子的发现

1．阴极射线的发现

19世纪，科学家研究稀薄气体放电，发现阴极发出一种射线——阴极射线。

2．电子的发现

汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定出它的荷质比，之后用油滴实验测定了它的电量，确定它是组成各种物质的基本成分，称之为电子。

3．电子的发现说明原子也是有结构的。

二、原子的核式结构模型

粒子散射实验（1）实验装置（2）实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的

直径。全部设备装在真空环境中，因为粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米。显微镜可在底盘上旋转，可在的范围内进行观察。

（3）实验现象

绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数粒子发生较大偏转，个别粒子偏转超过了有的甚至近。

（4）实验结论

原子有一个很小的核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，电子绕核运转。——这就是卢瑟福原子核式结构模型。

根据粒子散射实验的数据，可以估算原子核的大小为～m。

▲疑难导析

1．英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。

实验装置如图所示。

从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过后沿直线打在荧光屏上。

（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。

（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件时，则阴极射线不发生偏转。则：。

（3）如图所示，根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：

，又因为，且

则，根据已知量，可求出阴极射线的比荷。

2．粒子散射现象的分析

（1）由于电子质量远远小于粒子的质量（电子质量约为粒子质量的1/7 300），即使粒子碰到电子，其运动方向也不会发生明显偏转，就像一颗飞行的子弹碰到尘埃一样，所以电子不可能使粒子发生大角度的散射。

（2）使粒子发生大角度散射的只能是原子核带正电的部分，按照汤姆孙的原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，粒子穿过原子时，它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消，因而也不可能使粒子发生大角度偏转，更不可能把粒子反向弹回，这与粒子散射实验的结果相矛盾，从而否定了汤姆孙的原子模型。

（3）实验中，粒子绝大多数不发生偏转，少数发生较大的偏转，极少数偏转，个别甚至被弹回，都说明原子中绝大部分是空的，带正电的物质只能集中在一个很小的体积内（原子核）。

3．粒子散射的实质

粒子散射的实质是带正电荷的粒子向固定的正电粒子靠近，由于斥力的作用，使粒子偏转，此过程中，开始电场力做负功，电势能增加，后来电场力做正功，电势能减小。

：卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出（）

A．原子的核式结构模型 B．原子核内有中子存在

C．电子是原子的组成部分 D．原子核是由质子和中子组成的

答案：A

解析：英国物理学家卢瑟福的粒子散射实验的结果是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数粒子发生较大的偏转。粒子散射实验只发现原子可以再分，但并不涉及原子核内的结构。查德威克在用粒子轰击铍核的实验中发现了中子，卢瑟福用粒子轰击氮核时发现了质子。

知识点二——玻尔的原子模型和氢原子的能级

▲知识梳理

一、玻尔的原子模型

1．原子只能处于一系列的不连续的能量状态之中，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．原子从一种定态（设能量为）跃迁到另一种定态（设能量为）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。

3．原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。

特别提醒：玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念，局限之处在于它过多地保留了经典理论，现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述。

二、氢原子光谱

1．光谱

（1）定义：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。

（2）分类：

发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱有连续光谱和明线光谱两种。

连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发出的光形成；

明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的。

原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同。

吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的。

太阳光谱为吸收光谱。

（3）特征谱线：线状谱中的亮线，不同原子中是不一样的，这些亮线称为原子的特征谱线。

（4）光谱分析：用原子的特征谱线，来鉴别和确定物质的组成成分。

光谱分析的优点：灵敏度高。样本中一种元素的含量达到g时就可以检测到。

2．氢原子光谱

（1）氢光谱：如图所示。

（2）氢原子光谱的实验规律

巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式式中

R为里德伯常量，。

特别提醒：卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾主要有两点：按照经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁波，因此能量要减少，电子轨道半径也要变小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的；电子在转动过程中，随着转动半径的缩小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续光谱。然而事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续光谱而是线状光谱。

三、氢原子的能级和能级图

1．氢原子的能级和能级图

原子各定态的能量值叫做原子的能级，能级图如图所示。

对于氢原子，其能级公式为，轨道半径公式为，其中n称为量子数，只能取正整数。

13.6eV，。

特别提醒：相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小。

2．氢原子的跃迁及电离

（1）氢原子受激发由低能级向高能级跃迁

当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子能量满足的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁。

当用电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两“定态”能量之差