2021年高中物理第十八章原子结构本章专题整合提升课件人教版选修3_5.ppt

(2)电子动能Ek＝k
Ze2 2r
随轨道半径r的减小而增大，随r的增
大而减小；系统电势能Ep＝－k
Ze2 r
随轨道半径r的增大而增大，
随r的减小而减小；电子的总能量E＝－k
Ze2 2r
也随轨道半径r的增
大而增大，随r的减小而减小．
(3)某定态能量E＝－k
Ze2 2r
<0时，表明原子核外电子处于束
缚状态；欲使原子电离，外界必须对系统至少补充的能量为
3．光子、实物粒子使原子能级跃迁的区别 用光子(电磁波)作用在原子上时，要使原子跃迁必须满足 关系hν＝Em－En＝ΔE，而hν>ΔE或hν<ΔE时原子均不可能跃 迁，除非这个光子的能量能使原子的核外电子电离；若用电子 等实物粒子作用在原子上，则原子跃迁是通过与实物粒子碰撞 传递能量而实现，即只要入射实物粒子的能量E≥ΔE，均可使 原子能级跃迁．此即光子、实物粒子使原子能级跃迁的区 别．当入射粒子的动能大于或等于原子在某能级的电离能时， 也可使原子电离．
电子相距为L时系统的电势能为E＝－k
e2 L
.试求n＝1时“电子偶
数”的能量．
(3)“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长
为多大？
【解析】 (1)设光子频率的临界值为ν0，则 hν0＝2mec2，ν0＝2mhec2. (2)由于正、负电子质量相等，故两电子的轨道半径相等，
设为r，则正、负电子间距为2r，速度均为v，则 k4er22＝mevr2，mevr＝n2hπ， “电子偶数”能量En＝2×12mev2－k2e2r， 得En＝－m4ekh22πn22e4. “电子偶数”基态能量为E1＝－mek42hπ22e4.
【解析】 汤姆孙发现电子后，说明原子不是最基本的粒
子，不是不可再分的，原子也有复杂的结构，于是提出了原子
枣糕式结构模型，选项A错误．α粒子散射现象推翻了汤姆孙的
枣糕式结构模型，建立了核式结构模型，选项B错误．光射到
金属表面不能发生光电效应，这是因为光的频率过低，波长过
长，以至于小于金属的极限频率，选项C错误．氢原子核外电
通常取r→∞时的原子电势能为零，故电子在半径为r的轨 道上时原子的电势能为
Ep＝eU＝－ekZr e＝－kZre2， 则电子在该定态能级上的能量 E＝Ek＋Ep＝kZ2er2－kZre2＝－kZ2er2.
由以上推导可知：
(1)某定态时，核外电子的动能Ek总是等于该定态总能量的 绝对值，原子系统的电势能Ep总是等于该定态总能量值的两 倍．
第十八章
原子结构
本章专题整合提升
专题一
原子跃迁过程中原子总能量、电势能和 电子动能的变化规律
概述：设原子中原子核带电量＋Ze，核外电子带电量－
e，电子在半径为r的轨道上绕核做匀速圆周运动时，库仑力提
供向心力，则有kZre22＝mvr2，得v＝ kmZer2； 进而有电子绕核运动的动能Ek＝12mv2＝kZ2er2.
在原子中，由于原子核与核外电子间库仑引力的作用而具 有电势能，故电势能属于相互作用的系统——原子．由库仑力 所做功与原子电势能的变化关系可知：电子绕核运动的轨道半 径r减小时，库仑引力F做正功，原子的电势能Ep减小；反之， 电子绕核运动的轨道半径r增大时，库仑引力F做负功，原子的 电势能Ep增大．
(3)“电子偶数”处于第一激发态时能量E2＝－me1k62hπ22e4
＝
E1 4
，设“电子偶数”从第一激发态跃迁到基态时发出光
子的波长为λ.则E2－E1＝－34E1＝hcλ，λ＝3m1e6kc2hπ32e4.
【答案】
(1)2mhec2
(2)－mek42hπ22e4
16ch3 (3)3mek2π2e4
专题二 跃迁与电离的区别
概述：1.跃迁：根据玻尔理论，当原子从低能级向高能级 跃迁时，必须吸收光子才能实现；与此相反，当原子从高能级 向低能级跃迁时，必须辐射光子才能实现．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．
2．电离：原子失去电子的过程叫电离，原子一旦电离， 原子结构即被破坏，而不再遵守有关原子结构理论．使原子电 离，外界必须对原子做功，所提供的能量叫电离能，如基态氢 原子的电离能为13.6 eV，只要能量大于或等于13.6 eV的光子都 能使基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原 子电离后产生的自由电子动能就越大．不论原子处于什么状 态，只要入射光子的能量大于该状态下电离所需要的能量就可 使之电离．
子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的量子数
增加，根据En＝
E1 n2
知，原子的总能量增加．根据k
e2 r2
＝m
v2 r
知，
电子的动能
1 2
mv2＝
ke2 2r
随电子轨道半径的增加而减小，选项D正
确．
【例2】 氢原子的能级是பைடு நூலகம்原子处于各个定态时的能量 值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能， 氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时( A )
(1)若正、负电子是由一个光子和核场相互作用产生的，且 相互作用过程中核场不提供能量，则此光子的频率必须大于临 界值，此临界值为多大？
(2)假设“电子偶数”中正、负电子绕它们质量中心做匀速
圆周运动的轨道半径r、运动速度v及电子的质量满足玻尔的轨
道量子化理论：mevr＝nh/2π，n＝1,2，…“电子偶数”的能量 为正、负电子运动的动能和系统的电势能之和，已知两正、负
A．氢原子的能量减小，电子的动能增加 B．氢原子的能量增加，电子的动能增加 C．氢原子的能量减小，电子的动能减小 D．氢原子的能量增加，电子的动能减小
【解析】
【例3】 1951年物理学家发现了“电子偶数”，所谓 “电子偶数”，就是一个负电子和一个正电子绕它们的质量中 心旋转形成的相对稳定的系统．已知正、负电子的质量均为 m，普朗克常量为h，静电力常量为k.
kZ2er2，原子的能级越低需要的电离能就越大．
【例1】 下列说法正确的是( D ) A．汤姆孙发现电子表明原子具有核式结构 B．α粒子散射现象表明原子的能量是不连续的 C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为 该束光的波长太短 D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃 迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大