高三物理第一轮复习 原子结构 新人教版

第 1课时 原子结构

基础知识归纳

1.电子的发现和汤姆孙的原子模型 电子的发现：

1897年英国物理学家 汤姆孙 ，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子.使人们认识到 原子 有复杂结构，揭开了研究原子的序幕.

汤姆孙的“枣糕”模型：

原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里. 2.卢瑟福的核式结构模型 (1)α粒子散射实验装置

(2)α粒子散射实验的结果：α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°.

(3)核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做 原子核 ，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核空间里绕着核旋转.原子核所带的正电荷数等于核外的 电子数 ，所以整个原子是呈电中性的.电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的 库仑引力 .

(4)从α粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10－15

～10

－14

m ，原子大小的

数量级为10

－10

m.

3.氢原子光谱

(1)光谱分为两类，一类称为 线光谱 ，另一类称为 连续光谱 ；

(2)各种原子的发射光谱都是线状光谱，都只能发出几种特定频率的光，不同原子的发光频率是不同的，因此线状光谱称为原子的 特征谱线 ，对光谱线进行分析，就可以确定发光物质，这种方法称为 光谱分析 .

(3)氢原子光谱可见光谱线波长可以用公式： )1

21(1 22n R -=λ表示，式中R 称为里德

伯常量，R ＝1.1×107

m －1

.

4.玻尔的原子模型

(1)原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出三个假设：

① 定态假设 ：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，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 跃迁假设 ：原子从一个定态(设能量为E 2)跃迁到另一定态(设能量为E 1)时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h ν＝E 2－E 1.

③ 轨道量子化假设 ：原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应.原子的能量不连续，因而电子可能轨道的分布也是不连续的.

(2)玻尔的氢原子模型

①氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运动时原子的能量.

氢原子中电子在第n 条可能轨道上运动时，氢原子的能量E n 和电子轨道半径r n 分别为E n

＝2

1n E 、r n ＝n 2

r 1(n ＝1、2、3…).

其中E 1、r 1为离核最近的第一条轨道(即n ＝1)的氢原子能量和轨道半径.即E 1＝－13.6 eV ，r 1＝0.53×10－10

m(以

电子距原子核无穷远时电势能为零计算).

②氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫 氢原子的能级 .按能量的大小用图象表示出来即能级图.

其中n ＝1的定态称为 基态 ，n ＝2以上的定态，称为 激发态 .

5.原子核结构

(1)汤姆孙发现电子，说明 原子 不是最小的微粒；卢瑟福α粒子散射实验，说明原子里存在一个很小的 原子核 ；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，获得质子，说明 原子核 也不是最小的微粒.

(2)原子核是由 质子 和 中子 组成的；质子和中子统称为 核子 ，原子核的核电荷数等于 质子数 ，等于原子的核外 电子数 ；原子核的质量数等于原子核内的 核子数 .

(3)质子数相同而中子数不同的原子核互称 同位素 ，原子的化学性质决定于原子的核外 电子数 ；同位素具有相同的质子数，相同的核外电子数，因而具有相同的 化学性质 .

重点难点突破

一、为什么用α粒子散射实验研究原子结构

原子结构无法直接观察到，要用高速粒子进行轰击，根据粒子的散射情况分析判断原子的结构，而α粒子有足够的能量，可以穿过原子，并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况，所以选取α粒子进行散射实验.

二、氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁

此类问题可分为三种情况：

1.光子照射氢原子，当光子的能量小于电离能时，只能满足光子的能量为两定态间能级差时才能被吸收.

2.光子照射氢原子，当光子的能量大于电离能时，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用来使电子电离，另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能.

3.当粒子与原子碰撞(如电子与氢原子碰撞)时，由于粒子的动能可全部或部分被氢原子吸收，故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差，就可以使原子受激发而向高能级跃迁.

典例精析

1.α粒子散射实验与核式结构模型

【例1】卢瑟福通过对α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

【解析】卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动，由此可知，A选项正确.

【答案】A

【思维提升】(1)关键是利用α粒子散射实验的结果进行分析.

(2)尽管B、C、D正确，但实验结果不能说明它们，故不选B、C、D.

【拓展1】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( A )

A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上

B.正电荷在原子中是均匀分布的

C.原子中存在着带负电的电子

D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中

【解析】α粒子带正电，其质量约是电子质量的7 300倍.α粒子碰到金原子内的电子，就像飞行中的子弹碰到尘埃一样，其运动方向不会发生明显的改变.

若正电荷在原子内均匀分布，α粒子穿过原子时，它受到的两侧正电荷斥力有相当大一部分互相抵消，使α粒子偏转的力也不会很大.

根据少数α粒子发生大角度偏转的现象，只能认为原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，入射的α粒子中，只有少数α粒子有机会很接近核，受到很大的斥力而发生大角度偏转.所以正确选项是A.

2.氢原子的能级跃迁

【例2】假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原