原子的结构 能级汇总

2016年高考物理精品学案之

原子的结构 能级

一、考纲要求

二、知识网络

第1讲 原子的结构 能级

★一、考情直播

1．考纲解读

考纲内容 能力要求

考向定位

1.氢原子光谱

1.知道汤姆生发现电子同时提

考纲对氢原子光谱、能级

2.氢原子的能级结构、能级公式出枣糕模型

2.知道α粒子散射实验及卢瑟

福的核式结构模型

3.知道波尔的三条假设及对氢

原子计算的两个公式和氢原子能级

结构和能级公式均是Ⅰ级要

求．本部分高考的热点是α粒

子散射实验和波尔理论，高考

中以选择题的形式出现．

2．考点整合

考点一卢瑟福的核式结构模型

1.汤姆生在研究阴极射线时发现了，提出了原子的枣糕模型．

2．α粒子散射实验

α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是穿过金箔后仍沿原来方向前进，发生了较大的偏转，极个别α粒子甚至 .

3.核式结构

卢瑟福从行星模型得到启发，提出了原子的核式结构，这是一种联想思维.

核式结构：在原子的中心有一个很小的，叫原子核，原子的都集中在原子核里，带在核外空间运动.

4.由α粒子散射实验数据还可以估算原子核的大小，卢瑟福估算的结果是：原子核的大小的数量级在以下.

[例题1]如图2所示，为α粒子散射实验的示意图，A点为某α粒子运动中离原子核最近的位置，则该α粒子在A点具有

A．最大的速度

B．最大的加速度

C．最大的动能

D．最大的电势能

【解析】α粒子在接近原子核的过程中受到原子核库

仑排斥力的作用，这个力对α粒子做负功，使α粒子的速度减小，动能减小，电势能增大，显然，正确选项应该为BD 答案：BD

【规律总结】本题考查的知识点有两条，一是α粒子与原子核之间的库仑力，二是这个库仑力做负功，距离原子核越近，库仑力越大. 【例题2】．（2008年上海）1991年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了＿＿＿＿（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型.若用动能为1MeV 的α粒子

轰击金箔，则其速度约为＿＿＿＿＿m/s.（质子和中子的质量均为 1.67×10－27

kg ，1MeV=1

×106

eV ）

【解析】根据α粒子散射实验现象，α粒子发生了大角度散射. 同时根据：α

αm E v v m E k

k 22

1

2==

得到 代入数据s m s m v /109.6/10

67.14106.110126

27

196⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-- 答案：大，6.9×106

【规律总结】一是电子伏特与焦耳之间的换算，J ev 19

10

9.11-⨯=；二是α粒子的质量应

该是两个中子和两个质子的质量和，即：kg m 27

1067.14-⨯⨯=α．

考点二 波尔模型

1.波尔的三条假设： 1）、能量量子化：原子只能处于一系列 状态中，在这些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，这些状态叫做 .

对氢原子满足：121

E n

E n =

，其中eV E 6.131-= 2）、轨道量子化：原子的 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.

对氢原子满足：12r n r n =，其中m r 10

11053.0-⨯=.

3）、能级跃迁：原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它 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12E E h -=ν.

2.氢原子能级图：如图3所示

3.波尔理论的局限性

图3

波尔理论成功解释了氢原子光谱，但对其它原子光谱的解释则不成功，主要原因是波尔理论过多的保留了经典物理理论.

【例题3】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

【解析】根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动能量越大，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，选项Ｂ可先排除.氢原

子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即r v m r e k 2

22=，电子的动能

r

ke mv E k 2212

2==，离核越远，即r 越大时，电子的动能越小.由此又可排除选项Ａ、Ｃ.

电子在不同轨道之间跃迁时，整个原子系统电势能的变化可从两方面加以判断：

①根据库仑力做功的正负，库仑力做正功（电子从离核较远的轨道被“吸”到离核较近的轨道），电势能减小；库仑力做负功（电子从离核较近的轨道克服库仑力运动到离核较远的轨道），电势能增加.

②根据各能级能量的关系：电子在离核不同距离的轨道上运动时，整个原子系统的总能量等于电子绕核运动的动能和系统的电势能之和，即：Ｅn=Ｅkn+Ｅpn , 离核越远时（即量子数n 越大），原子系统的总能量Ｅn 越大，而电子的动能Ｅkn 越小，可见，系统的电势能Ｅpn 一定越大.所以，本题正确答案是Ｄ. 答案：D

【规律总结】

1. 量子化的氢原子能量的不连续的

量子化的氢原子，量子数越大，电子离核越远，原子的总能量越大；量子数越小，电子离核越近，总能量越小；在规定离核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值．

2.库仑力做的功等于电势能变化量的相反数．

特别提醒：

1.原子从低能级向高能级的跃迁：

当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子的能量满足12E E h -=ν的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁.（电离除外，比如光子能量为14eV 的光子照射基态氢原子，会使基态的氢原子电离，电离后电子还具有14eV-13.6eV=0.6eV 的初动能.）

当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，即可使原子受激发而向较高能级跃迁.

2.原子从高能级向低能级的跃迁：

当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为n(n-1)/2； 当一个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可产生的谱线条数为（n-1），若氢原子的从高能级向某一确定的低能级跃迁，只能产生一条谱线