1、第37讲 原子结构,-2-,-3-,考点一,考点二,原子的核式结构模型 核心知识整合 1.英国物理学家 在研究阴极射线时发现了电子,提出了原子的“枣糕模型”。 2.原子的核式结构模型 (1)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有 粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90,也就是说它们几乎被“撞了回来”,如图所示。 (2)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小,原子半径的数量级是 ,而原子核半径的数量级是10-15 m,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。,汤姆孙,少数,10-10 m,-4-,考点一,考点二,关键能力提升 命题点一 电子的
2、发现 【例1】 下面是历史上的几个著名实验的装置图,其中发现电子的装置是( ),答案,解析,-5-,考点一,考点二,命题点二 原子核式结构 【例2】 (多选)下图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象,下述说法正确的是 ( )A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 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,答案,解析,-6-,考点一,考点二,【例3】 在卢瑟福粒子散射实验中,金箔中的原
3、子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是( ),答案,解析,-7-,考点一,考点二,方法技巧1.由于电子质量远小于粒子质量,所以电子不可能使粒子发生大角度偏转。 2.使粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分布的,粒子穿过原子时,它受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡,因而也不可能使粒子发生大角度偏转,更不能使粒子反向弹回,这与粒子的散射实验现象相矛盾。 3.实验现象表明原子绝大部分是空的,原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上,否则,粒子大角度散射是不可能的。,-8-,考
4、点一,考点二,玻尔模型 核心知识整合 一、光谱分析 利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。,特征谱线,-9-,考点一,考点二,二、玻尔理论 1.定态:原子只能处于一系列 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:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为h的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即h= 。(h是普朗克常量,h=6.6310-34 Js) 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 ,因
5、此电子的可能轨道也是不连续的。,不连续,Em-En,不连续的,-10-,考点一,考点二,三、能级公式 En= E1(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1= eV (以氢原子为例)。 四、氢原子的能级图,-13.6,-11-,考点一,考点二,能级图中相关物理量意义的说明,-12-,考点一,考点二,关键能力提升 命题点一 由高能级向低能级跃迁 【例4】 根据玻尔理论,氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时( ) A.放出光子,电子的动能减小 B.放出光子,电子的动能增大 C.吸收光子,电子的动能减小 D.吸收光子,电子的动能增大 易错提醒电子由高能级向低能级跃迁时,放出光子,电势能
6、减小,动能增加,总能量减小,即电势能的减小量比动能的增加量数值大;电子由低能级向高能级跃迁时,吸收能量,电势能增大,动能减小,总能量增加,即电势能的增加量比动能的减小量数值大。,答案,解析,-13-,考点一,考点二,【例5】 氢原子的能级图如图所示,一群氢原子处于n=4的能级状态。关于这群氢原子,下列说法中正确的是( )A.这群氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出4种频率的光 B.由n=4能级向基态跃迁时辐射光的波长最短 C.处于n=4能级的氢原子电离至少需要12.75 eV的能量 D.从n=4能级跃迁到n=3能级释放光子的能量大于从n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量,答案,解析,-14-,
7、考点一,考点二,方法技巧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: (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。 易错警示读题时要注意是“一个”电子,还是“一群”电子。若“一个”氢原子处于n=4的能级状态,最多能辐射出3种颜色的光,即n=4n=3,n=3n=2,n=2n=1。,-15-,考点一,考点二,命题点二 由低能级向高能级跃迁 【例6】 (多选)(2018浙江湖州期末)如图为氢原子能级图,用波长为1的a光照射一群处于基态的氢原子,发出3种频率的光;用波长为2的b光照射一群处于基态的氢原子,能发出6种频率的光。则
8、( )A.a光的波长1小于b光的波长2 B.a光、b光同时照射一群基态氢原子能发出9种频率的光 C.a光、b光同时照射一群基态氢原子发出的所有光中,波长最短的是2 D.a光、b光同时照射一群基态氢原子发出的所有光中,光子能量差最大值为12.09 eV,答案,解析,-16-,考点一,考点二,【例7】 (多选)氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的离子,其能级示意图如图所示,当分别用能量均为50 eV的电子和光子作用于处在基态的氦离子时( )A.当用能量为50 eV光子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为40.8 eV的光子 B.当用能量为50 eV光子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能
9、量为40.8 eV的光子 C.当用能量为50 eV电子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为40.8 eV的光子 D.当用能量为50 eV电子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为40.8 eV的光子,答案,解析,-17-,考点一,考点二,方法技巧1.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。 2.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(E=Em-En),均
10、可使原子发生能级跃迁。,-18-,1,2,3,4,5,1.(多选)关于卢瑟福研究粒子轰击金箔的实验,下列说法中正确的是( ) A.按照汤姆孙模型,粒子轰击金箔时不可能发生大角度的偏转,因而卢瑟福否定了汤姆孙的“枣糕模型”,提出了原子的核式结构模型 B.绝大多数粒子穿过金箔运动方向不变,说明原子所带正电荷是均匀分布的 C.粒子轰击金箔实验现象说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D.卢瑟福利用经典力学计算出向各方向散射的粒子的比例,答案,解析,-19-,1,2,3,4,5,2.(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( ) A.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的 B.电子
11、在绕原子核做圆周运动时,稳定地产生电磁辐射 C.电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子 D.不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收,答案,解析,-20-,1,2,3,4,5,3.(多选)(2017浙江绍兴一中期末)氢原子能级图如图所示,a、b、c分别表示原子在不同能级之间的三种跃迁途径,设在a、b、c跃迁过程中,放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和a、b、c,若a光恰能使某金属发生光电效应,则( )A.a=b+c,C.Eb=Ea+Ec D.c光也能使该金属产生光电效应,答案,解析,-21-,1,2,3,4,5,4.(多选)已知氢原子的基态
12、能量为E1,n=2、3能级所对应的能量分别为E2和E3,大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,依据玻尔理论,下列说法正确的是( ) A.产生的光子的最大频率为 B.当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,对应的电子的轨道半径变小,能量也变小 C.若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3-E2 D.若要使处于能级n=3的氢原子电离,可以采用两种方法:一是用能量为-E3的电子撞击氢原子,二是用能量为-E3的光子照射氢原子,答案,解析,-22-,1,2,3,4,5,5.(多选)氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV,氦离子的能级示意图如图所示。在具有下列能量的粒子中,能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )A.54.4 eV(光子) B.42.4 eV(光子) C.48.4 eV(光子) D.41.8 eV(电子),答案,解析,
