浙江专版高考物理大一轮复习第十二章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3课时原子结构学案Word下载.docx

浙江专版高考物理大一轮复习第十二章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3课时原子结构学案Word下载.docx

《浙江专版高考物理大一轮复习第十二章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3课时原子结构学案Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江专版高考物理大一轮复习第十二章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第3课时原子结构学案Word下载.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二、氢原子光谱

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

＝R

（n＝3，4，5，…），R是里德伯常量，R＝1.10×

107m－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＝Em－En。

（h是普朗克常量，h＝6.63×

10－34J·

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。

3.氢原子的能级、能级公式

（1）氢原子的能级图，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＝

E1（n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV。

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×

10－10m。

【思考判断】

1.原子中绝大部分是空的，原子核很小（√）

2.核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的（√）

3.氢原子光谱是由一条一条亮线组成的（√）

4.玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱（×

）

5.按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上（×

6.人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的（√）

考点一　原子的核式结构模型（－/b）

[典例剖析]

【例1】（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　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

【例2】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

[针对训练]

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.原子核是由质子和中子组成的

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。

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（　　）

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错误，C正确。

考点二　氢原子光谱（－/b）　玻尔的原子模型（－/c）

[要点突破]

1.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＝C

＝

。

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.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13.6eV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13.6eV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

【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

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

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错误；

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正确；

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错误；

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错误。

答案　B

【例2】对于基态氢原子，下列说法正确的是（　　）

A.它能吸收10.2eV的光子

B.它能吸收11eV的光子

C.它能吸收动能为10eV的电子的能量

D.它能吸收具有11eV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。

10.2eV刚好是n＝1、n＝2的能级差，而11eV不是，由玻尔理论知A正确；

基态氢原子只可吸收动能为11eV的电子的部分能量（10.2eV），剩余0.8eV仍为原来电子所有。

答案　A

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10.2eV的光子照射

B.用11eV的光子照射

C.用14eV的光子照射

D.用11eV的电子碰撞

解析　－13.6eV＋10.2eV＝－3.4eV，而E2＝－3.4eV，故A正确；

－13.6eV＋11eV＝－2.6eV，不符合hν＝Em－En（m>

n）的条件，故B错误；

14eV>

13.6eV，已经足以使氢原子电离，故C正确；

用11eV的电子碰撞，E2－E1＝10.2eV<

11eV，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

C.8条D.10条

解析　由N＝

计算得N＝10，选项D正确。

答案　D

3.如图所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（　　）

A.从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长

B.从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大

C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的

D.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量

解析　由hν＝Em－En和ν＝

结合能级图知A正确，B错误；

处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不一样，C错误；

从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外放出能量，D项错误。

1.（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。

2.（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

3.（多选）（2015·

浙江10月选考）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

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＝

知，波长越短动量越大，选项A、B正确；

做

双缝干涉实验时，由Δx＝

λ知，频率为ν1的光子的波长短，干涉条纹的间距小，选项C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，选项D正确。

答案　ABD

4.（多选）氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm。

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656nm

B.用波长为325nm的光照射，可使氢原子从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633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级

解析　由E初－E终＝hν＝h

可知，氢原子跃迁时始末能级差值越大，辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知E3－E2<

E2－E1，故选项A错误；

由

得λ＝121.6nm<

325nm，故选项B错误；

由C

＝3可知选项C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的能级时必须用波长为λ＝656nm的光照射，故选项D正确。

答案　CD

[基础过关]

1.（多选）关于阴极射线，下列说法正确的是（　　）

A.阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象

B.阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流

C.阴极射线是组成物体的原子

D.阴极射线沿直线传播，但可被电场、磁场偏转

解析　阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流，B正确，A错误；

电子是原子的组成部分，C错误；

电子可被电场、磁场偏转，D正确。

2.（多选）关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的是（　　）

A.它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说

B.它发展了卢瑟福的核式结构学说

C.它完全抛弃了经典的电磁理论

D.它引入了普朗克的量子理论

解析　玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误，B正确；

它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误，D正确。

3.（多选）根据玻尔理论，以下说法正确的是（　　）

A.电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波

B.处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量

C.原子内电子的可能轨道是不连续的

D.原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差

解析　根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故选项A错误，选项B正确；

玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的，不连续的，选项C正确；

原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个轨道的能量差，故选项D正确。

答案　BCD

4.（多选）下列叙述中，正确的是（　　）

A.汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子的枣糕式模型

B.卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型

C.汤姆孙最早发现了电子

D.卢瑟福最早发现了电子

解析　汤姆孙最先发现了电子。

α粒子散射实验的结果是大部分α粒子沿原方向运动，少部分发生大角度偏转，极少数偏转角超过90°

甚至达到180°

，说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上，据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型，正确答案为B、C。

答案　BC

5.根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（　　）

A.若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为hν＝En

B.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是ν

C.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知ra>

rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子

D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁

解析　原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不相等，故A错误；

电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错误；

电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；

原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误。

[能力提升]

6.（多选）（2016·

浙江10月选考）如图为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝5能级跃迁到n＝2能级可产生a光；

从n＝4能级跃迁到n＝2能级可产生b光。

a光和b光的波长分别为λa和λb，照射到逸出功为2.29eV的金属钠表面均可产生光电效应，遏止电压分别为Ua和Ub。

则（　　）

A.λa＞λb

B.Ua＞Ub

C.a光的光子能量为2.86eV

D.b光产生的光电子最大初动能Ek＝0.26eV

解析　根据能级跃迁知识hνa＝E5－E2＝－0.54－（－3.4）eV＝2.86eV，hνb＝E4－E2＝－0.85－（－3.4）eV＝2.55eV，显然a光子的能量大于b光子的能量，即a光频率大于b光频率，由λ＝

知λa＜λb，所以A错误，C正确；

根据光电效应方程可知，最大初动能Ek＝hν－W0，所以a光照射金属钠后的最大初动能为Eka＝（2.86－2.29）eV＝0.57eV，b光照射金属钠后的最大初动能为Ekb＝（2.55－2.29）eV＝0.26eV，选项D正确；

根据截止电压知识可知Ua＞Ub，选项B正确。

7.一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中（　　）

A.可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线

B.可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线

C.只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线

D.只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线

解析　当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线。

8.根据玻尔理论，某原子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光。

以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E′等于（　　）

A.E－h

B.E＋h

C.E－h

D.E＋h

解析　释放的光子能量为hν＝h

，所以E′＝E－hν＝E－h

9.（多选）如图为氢原子能级图，现有一群处于n＝3激发态的氢原子，则这些原子（　　）

A.能发出3种不同频率的光子

B.发出的光子最小能量是0.66eV

C.由n＝3跃迁到n＝2时发出的光子波长最长

D.由n＝3跃迁到n＝1时发出的光子频率最高

解析　一群处于n＝3激发态的氢原子，可能由n＝3向n＝2能级跃迁，可能由n＝3向n＝1能级跃迁，可能由n＝2向n＝1能级跃迁，可能发出3种不同频率的光子，故A正确；

由n＝3向n＝2能级跃迁发出的光子能量最小，则光子频率也最小，波长最长，最小能量为－1.51eV－（－3.4eV）＝1.89eV，故B错误，C正确；

n＝3和n＝1之间的能级差最大，则辐射的光子能量最大，频率最高，故D正确。