高二物理【原子结构】专题提高

高二物理【原子结构】专题提高

专题一原子核式结构模型

1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。

2.α粒子散射实验的结果:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子甚至被撞了回来。

3.三个原子模型的对比:

说明:认识原子结构的线索:气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕模型”卢瑟福核式结构模型玻尔模型。

【例1】在卢瑟福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.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上

B.正电荷在原子内是均匀分布的

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

迁移训练1 ：玻尔的原子核模型解释原子的下列问题时,和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是 ()

A.电子绕核运动的向心力,就是电子与核间的静电引力

B.电子只能在一些不连续的轨道上运动

C.电子在不同轨道上运动的能量不同

D.电子在不同轨道上运动时,静电引力不同

专题二氢原子核外电子绕核运动的轨道与其能量的对应关系

1.在氢原子中,电子围绕原子核运动,设电子绕核运动的轨道半径为r,由库仑力

提向心力得k=m e,

则:(1)电子运动速度v=;

(2)电子的动能E k=m e v2=;

(3)电子运动周期T==2π;

(4)电子在半径为r的轨道上所具有的电势能

E

p =(E

p∞

=0);

(5)原子的总能量就是电子的动能E k和静电势能E p的代数和,即E=E k+E p=-。

2.(1)电子动能E k=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E p=-随轨道半径r的增大而增大,随r的减小而减小;原子的总能量E=-也随轨道半径r的增大而增大,随r的减小而减小。

(2)某定态总能量E<0,表明氢原子核外电子处于束缚态,欲使氢原子电离,外界必须补充能量,且原子的能级越低,需要的电离能就越大。

3.氢原子能量表达式

=- eV(n=1,2,3,…)。

E

n

玻尔的辐射条件公式hν=E m-E n

【例2】已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.528×10-10m,量子数为n的能级值为E n= eV。

(1)求电子在基态轨道上运动的动能;

(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一张能级图,在图上用箭头标明

这些氢原子能发出哪几种光谱线?

(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长。(静电力常量k=9×109N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,真空中光速c=3.0×108m/s)

专题三原子跃迁条件和规律

1.从低能量状态向高能量状态跃迁——吸收能量

原子的跃迁条件hν=E m-E n只适用于光子和原子作用,而使原子在各定态之间跃迁的情况。下述两种情况则不受此条件限制:

(1)当光子与原子作用而使氢原子电离,产生离子和自由电子时,原子结构被破坏,因而不遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为13.6 eV,只要大于或等于13.6 eV的光子都能被处于基态的氢原子吸收而使其发生电离。氢原子电离所产生的自由电子的动能等于入射光子的能量减去电离能。

(2)实物粒子和原子作用而使原子激发或电离,是通过实物粒子和原子碰撞来实现的。在碰撞过程中,实物粒子的动能可以全部或部分地被原子吸收,所以只要入射某两个能级差值,就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级;当入射粒子的动能大于原子在某能级的电离能时,也可以使原子电离。

2.从高能量状态向低能量状态跃迁——放出能量

原子处于激发态时是不稳定的,会自发地向基态或其他较低能级跃迁,由于这种自发跃迁的随机性,一个原子会有多种可能的跃迁。若是一群原子处于激发态,则各种可能跃迁都会发生,所以我们会同时得到原子的全部光谱线,辐射出的光谱线条数N=。

【例3】(多选)欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是()

A.用能量为10.2 eV的光子照射

B.用能量为11 eV的光子照射

C.用能量为14 eV的光子照射

D.用能量为11 eV的电子照射

E.用能量为13.06 eV的光子照射,可观测到氢原子发射10种不同波长的光

迁移训练3 ：处于n=3的激发态的大量氢原子向基态跃迁的过程中,只有一种光子不使某金属W产生光电效应,则下列说法正确的是()

A.不能使金属W产生光电效应的是从n=3激发态跃迁到基态发出的光子

B.不能使金属W产生光电效应的是从n=2激发态跃迁到基态发出的光子

C.若光子从n=4激发态跃迁到n=3激发态,一定不能使金属W产生光电效应

D.若光子从n=4激发态跃迁到n=2激发态,一定不能使金属W产生光电效应

答案

例1： A

解析:卢瑟福α粒子散射实验中α粒子发生了较大角度的偏转,是由于α粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,选项A正确,选项B错误;α粒子能接近原子核的机会很小,大多数α粒子都从核外的空间穿过,而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不会发生改变。选项C、D的说法没错,但与题意不符。

迁移训练1 B

解析:选项A、C、D的内容卢瑟福的核式结构学说也有提及,而玻尔在他的基础上引入了量子学说,假设电子位于不连续的轨道上。

例2 解析:(1)核外电子绕核做匀速圆周运动,静电引力提供向心力,则,又知E k=mv2,

故电子在基态轨道的动能为

E

=

k

= J

≈2.18×10-18 J≈13.6 eV。

(2)当n=1时,能级值E1= eV=-13.6 eV。

当n=2时,能级值E2= eV=-3.4 eV。

当n=3时,能级值E3= eV=-1.51 eV。

能发出的光谱线分别为 3→2,2→1,3→1共3种,能级图如图所示。