高考物理总复习第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3课时原子结构课件

考点二 氢原子光谱(－/b) 玻尔的原子模型(－/c)
[基础过关] 1.氢原子光谱的实验规律
巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝ R212－n12
________，(n＝3，4，5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10× 107 m－1，n为量子数。
2.玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列_不__连__续__的能量状态中，在这些能 量状态中原子是_稳__定__的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射 能量。 (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，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 hν＝_E_m_－__E__n_。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运 动相对应。原子的定态是_不__连__续__的，因此电子的可能轨道也是 _不__连__续__的。
第3课时 原子结构
考点一 原子的核式结构模型(－/b)
[基础过关] 1.电子的发现
(1)英国物理学家_汤__姆__孙__使用气体放电管对阴极射线进行了一 系列实验研究。 ①让阴极射线分别通过电场和磁场，根据_偏__转__现象，证明它 是带负电的粒子流并求出其比荷。 ②换用__不__同__材__料___的阴极做实验，所得_比__荷__的数值都相同， 是氢离子比荷的近两千倍。证明这种粒子是构成各种物质的共 有成分。
要点二 几种跃迁情况说明 1.原子跃迁条件hν＝Em－En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。 2.当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子
吸收，使氢原子电离。当处于基态的氢原子吸收的光子能量大 于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 3.原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由 于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒 子的能量大于或等于两能级的能量差
【过关演练】
1.(2015·浙江10月选考)(多选)氢原子从n＝6能级跃迁到n＝2能级 时辐射出频率为ν1的光子，从n＝5能级跃迁到n＝2能级时辐射 出频率为ν2的光子。下列说法中，正确的是( ) A.频率为ν1的光子的能量较大 B.频率为ν1的光子的动量较大 C.做双缝干涉实验时，频率为ν1的光产生的条纹间距较大 D.做光电效应实验时，频率为ν1的光产生的光电子的最大初动 能较大
A选项错误；由－－13..541－－（（－－133..46））＝65λ6得λ＝121.6 nm<325 nm， 故 B 选项错误；由 C23＝3 可知 C 选项正确；因跃迁中所吸收光子 的能量必须等于始末能级的差值，即从 n＝2 跃迁到 n＝3 的能级
B.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从 时必须用波长为λ＝656nm的光照射，故D选项正确。
答案 ABD
2.(多选)氢原子能级图如图所示，当氢原子从 解析 由E初－E终＝hν＝hcλ可知，氢原子跃迁时始末能级差值越大， n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为 辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知E3－E2<E2－E1，故
656 nm。下列判断中，正确的是( ) A.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射 光的波长大于656 nm
_________模型。
核式结构
4.核式结构模型 1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫_原__子__核__。
它集中了原子全部的_正__电__荷__和几乎全部的_质__量__，_电__子__在核外 空间运动。 5.原子核的电荷与尺度
电子数
质子和中子 质子
10-10 m 10-15 m
3.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝n12E1 (n＝1，2，3，…)，其中 E1 为基态能量，其数值为 E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1 (n＝1，2，3，…)，其中 r1为基 态半径，又称玻尔半径，其数值为 r1＝0.53×10－10 m。
跃迁 (2)从高能级(n 大) ――→ 低能级（n 小）―→放出能量。 hν＝En 大－En 小
答案 CD
2.解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意： (1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hν＝Em－En 求得。若求波长可由公式 c＝λν 求得。 (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。 (3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法： ①用数学中的组合知识求解：N＝C2n＝n（n2－1）。 ②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种 可能情况一一画出，然后相加。
2.在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动， 下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其 中正确的是( )
1 λ
解析 金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过 程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对α粒子 的斥力作用及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指 向受力一方，选项B错、C对。 答案 C
【过关演练】 1.(多选)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，知道了( )
A.原子具有核式结构 B.原子核内有中子存在 C.原子核是由质和中子组成的 D.在原子中，原子核占有的空间很小 解析 α粒子散射实验结果说明原子是由原子核和核外电子组成 的，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，而且原子 核占有空间很小，但无法说明原子核的内部结构，因此选项A、 D正确，B、C错误。 答案 AD
[精练题组]
1.(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施中可行的是( )
A.用10.2 eV的光子照射
B.用11 eV的光子照射
C.用14 eV的光子照射
D.用11 eV的电子碰撞
解析 －13.6 eV＋10.2 eV＝－3.4 eV，而E2＝－3.4 eV，故A正 确；－13.6 eV＋11 eV＝－2.6 eV，不符合hν＝Em－En(m>n)的 条件，故B错误；14 eV>13.6 eV，已经足以使氢原子电离，故C
【例2】 对于基态氢原子，下列说法正确的是( ) A.它能吸收10.2 eV的光子 B.它能吸收11 eV的光子 C.它能吸收动能为10 eV的电子的能量 D.它能吸收具有11 eV动能的电子的全部动能 解析 注意到光子能量只能全部被吸收，而电子能量则可以部 分被吸收。10.2 eV刚好是n＝1、n＝2的能级差，而11 eV不是， 由玻尔理论知A正确；基态氢原子只可吸收动能为11 eV的电子 的部分能量(10.2 eV)，剩余0.8 eV仍为原来电子所有。 答案 A
解析 氢原子从不同能级跃迁到同一能级时，能级差越大，辐 射的能量就越大，辐射的光子的频率越高，波长越短，根据 p ＝hλ知，波长越短动量越大，A、B 选项正确；做双缝干涉实验 时，由 Δx＝Ldλ 知，频率为 ν1 的光子的波长短，干涉条纹的间 距小，C 选项错误；由光电效应方程可知，频率高的光产生的 光电子的最大初动能大，D 选项正确。
2.(多选)如图为卢瑟福和他的同事们做 α粒子散射实验的装置示意图，荧光 屏和显微镜一起分别放在图中A，B， C，D四个位置时，关于观察到的现 象，下列说法正确的是( ) A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多 B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位 置时稍微少些 C.放在C，D位置时屏上观察不到闪光 D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析 原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错； 原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B对； 由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时 放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错；A原子发出的光 子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能跃迁到能级E4， D错。 答案 B
(2)实验现象：
金箔
荧光屏
①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上_________的方向前进；
②少数α粒子发生了_______偏转；
仍沿原来
③极少数α粒子的偏转角大度角_度_______，甚至有极个别α粒子几乎被“撞了回 来”。 (3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散大射于实90验°，否定了汤姆孙的原子模型，建立了
解析 卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验时，得到以下结 论：大部分α粒子都能直接穿过金箔，个别的发生偏转，极少 数发生大角度的偏转，故A、D正确，B、C错误。 答案 AD
[精练题组] 1.关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )
A.阴极射线本质是氢原子 B.阴极射线本质是电磁波 C.阴极射线本质是电子 D.阴极射线本质是X射线 解析 阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是 电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错 误的。 答案 C
(2)电子 ①组成阴极射线的粒子称为_电__子__。 ②密立根“油滴实验”结论
负电
质子
9.1 ×10-31 kg
2.汤姆孙原子模型
汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个_____，_____球__体弥漫性
地正均电匀荷分布在整个球体内，_____镶嵌其中。 3.α粒子散射实验
电子
(1)实验装置：α粒子源、_____、放大镜和_______。
n＝1跃迁到n＝2的能级
C.一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种
谱线
D.用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝
3的能级
[要点突破] 要点一 原子跃迁问题 1.定态间的跃迁——满足能级差
跃迁 (1)从低能级(n 小) ――→ 高能级（n 大）―→吸收能量。 hν＝En 大－En 小
4.(多选)关于原子结构，下列说法正确的是( ) A.玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律 B.卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性 C.卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子 D.卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜 模型”
解析 玻尔提出的原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律； 卢瑟福核式结构模型不能解释原子的稳定性；卢瑟福的α粒子散 射实验表明原子具有核式结构，否定了汤姆孙关于原子结构的 “西瓜模型”，故A、D正确，B、C错误。 答案 AD
正确；用11 eV的电子碰撞，E2－E1＝10.2 eV<11 eV，故D正确。 答案 ACD
2.大量氢原子从n＝5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱条数
是( )
A.4条
B.6条
Baidu Nhomakorabea
C.8条
D.10条
答案 D
3.(多选)关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的是( ) A.原子可以处于连续的能量状态中 B.原子的能量状态不可能是连续的 C.原子的核外电子在轨道上运动时，要向外辐射能量 D.原子的核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量 解析 由玻尔的原子模型知原子的能量是不连续的，是量子化 的，电子在定态轨道上绕核运动时，不向外辐射能量，处于定 态，只有从高能级轨道向低能级轨道跃迁时，才向外辐射能量。 答案 BD
【例1】 如图所示为氢原子的四个能级，其中E1 为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处 于激发态E3，则下列说法正确的是( ) A.原子A可能辐射出3种频率的光子
解析 由N＝n（n2－1）计算得N＝10，选项D对。
B.原子B可能辐射出3种频率的光子
C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4 D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
3.不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是( ) A.原子中心有一个很小的原子核 B.原子核是由质子和中子组成的 C.原子质量几乎全部集中在原子核内 D.原子的正电荷全部集中在原子核内
解析 当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子 运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小、运 动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库 仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以 只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，因 此为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型： 在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和 几乎全部质量都集中在原子核里，但不能得到原子核内的组成， 故B不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论，A、C、D可以。 答案 B