【步步高】2020年高考物理大一輪 第十三章 第3課時(shí) 原子結(jié)構(gòu)　氫原子光譜 新人教版選修3-5（通用）

第3課時(shí)原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.理解玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋.2.掌握氫原子的能級(jí)公式并能靈活應(yīng)用，會(huì)用氫原子能級(jí)圖求解原子的能級(jí)躍遷問題一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)導(dǎo)引判斷下列說法的正誤：(1)湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子，并測(cè)定了電子電荷量，且提出了“棗糕”式原子模型()(2)盧瑟福做粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)粒子絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)()(3)粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上 ()(4)盧瑟福提出了原子“核式結(jié)構(gòu)”模型，并解釋了粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因 ()知識(shí)梳理1電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子2原子的核式結(jié)構(gòu)(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果圖1絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但 _粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，_粒子甚至被撞了回來，如圖1所示(2)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫_，原子的所有正電荷和幾乎_都集中在原子核里，帶負(fù)電的_在核外繞核旋轉(zhuǎn)(3)原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級(jí)為_ m，原子直徑的數(shù)量級(jí)約為_ m.二、氫原子光譜基礎(chǔ)導(dǎo)引對(duì)原子光譜，下列說法正確的是 ()A原子光譜是不連續(xù)的B由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素知識(shí)梳理1線狀譜、連續(xù)譜、吸收譜的產(chǎn)生(1)線狀譜：由稀薄氣體或金屬蒸氣所發(fā)出的光譜為線狀光譜，不同元素的譜線不同，又稱為原子的特征譜線(2)連續(xù)譜：由熾熱固體、液體及高壓氣體發(fā)光所發(fā)射的光譜均為連續(xù)光譜(3)吸收譜：連續(xù)光譜中某波長(zhǎng)的光波被吸收后出現(xiàn)的暗線太陽光譜就是典型的吸收光譜2光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成 分，且靈敏度很高在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義特別提醒光譜的分類三、玻爾原子模型、能級(jí)基礎(chǔ)導(dǎo)引玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有_原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子繞核運(yùn)動(dòng)，但不向外輻射能量原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，輻射(或吸收)一定頻率的光子電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率知識(shí)梳理1玻爾原子模型(1)軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，電子繞核運(yùn)動(dòng)的可能軌道是_的(2)定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是_的這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個(gè)定態(tài)中，原子是_的，不向外輻射能量(3)躍遷假設(shè)：原子從一個(gè)能量狀態(tài)向另一個(gè)能量狀態(tài)躍遷時(shí)要_或_一定頻率的光子，光子的能量等于兩個(gè)狀態(tài)的_，即h_.2能級(jí)：在玻爾理論中，原子各個(gè)可能狀態(tài)的_叫能級(jí)3基態(tài)和激發(fā)態(tài)：原子能量_的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量(相對(duì)于基態(tài))較高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)4量子數(shù)：現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為原子的可能狀態(tài)是_的，各狀態(tài)可用正整數(shù)1,2,3，表示，叫做量子數(shù)，一般用n表示5氫原子的能級(jí)和軌道半徑(1)氫原子半徑公式rn_r1(n1,2,3，)，其中r1為基態(tài)半徑，也稱為玻爾半徑，r1_ m.(2)氫原子能級(jí)公式En_E1(n1,2,3，)，其中E1為氫原子基態(tài)的能量值，E1_ eV.考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)與粒子散射實(shí)驗(yàn)典例剖析例1(1)盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)，獲得了重要發(fā)現(xiàn)，關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下列說法正確的是 ()A證明了質(zhì)子的存在B證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里D說明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng)(2)英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了粒子的散射現(xiàn)象下列圖中，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過金原子核附近的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的是圖中的 ()跟蹤訓(xùn)練1在盧瑟福進(jìn)行的粒子散射實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是()A正電荷在原子中是均勻分布的B原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上C原子中存在著帶負(fù)電的電子D原子核中有中子存在考點(diǎn)二氫原子能級(jí)圖及原子躍遷問題考點(diǎn)解讀氫原子的能級(jí)圖(如圖2所示)圖2(1)能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)(2)橫線左端的數(shù)字“1,2,3”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“13.6，3.40”表示氫原子的能級(jí)(3)相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級(jí)差，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越小(4)帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷條件為：hEmEn.特別提醒1.能級(jí)越高，量子數(shù)越大，軌道半徑越大，電子的動(dòng)能越小，但原子的能量肯定隨能級(jí)的升高而變大2原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)NC，是一群氫原子，而不是一個(gè)典例剖析例2如圖3為氫原子能級(jí)圖，可見光的光子能量范圍約為1.613.10 eV，則下列說法正確的是 ()圖3A大量處在n3能級(jí)的氫原子向n2能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光 是紫外線B大量處在n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷過程中會(huì)發(fā)出紅 外線C大量處在n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的是由n4向n3能級(jí)躍遷輻射出的光子D用能量為10.3 eV的電子轟擊，可以使基態(tài)的氫原子受激發(fā)思維突破1.一個(gè)原子和一群原子的區(qū)別：一個(gè)氫原子只有一個(gè)電子，在某個(gè)時(shí)刻電子只能在某一個(gè)可能的軌道上，當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道上時(shí)，可能情況有多種C，但產(chǎn)生的躍遷只有一種而如果是大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)出現(xiàn)所有的可能情況2入射光子和入射電子的區(qū)別：若是在光子的激發(fā)下引起原子躍遷，則要求光子的能量必須等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差；若是在電子的碰撞下引起的躍遷，則要求電子的能量必須大于或等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差兩種情況有所區(qū)別跟蹤訓(xùn)練2某光電管的陰極為金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21 eV，如圖4是氫原子的能級(jí)圖，一群處于n4能級(jí)的氫原子向 低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射的光照射到該光電管的陰極上，這束光中能 使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線條數(shù)是 ()A2條 B4條C5條 D6條圖4考點(diǎn)三與能級(jí)相關(guān)的計(jì)算典例剖析例3(2020·海南·19)(1)能量為Ei的光子照射基態(tài)氫原子，剛好可使該原子中的電子成為自由電子這一能量Ei稱為氫的電離能現(xiàn)用一頻率為的光子從基態(tài)氫原子中擊出了一電子，該電子在遠(yuǎn)離核以后速度的大小為_(用光子頻率、電子質(zhì)量m、氫原子的電離能Ei和普朗克常量h表示)(2)氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r10.53×1010 m，能量E113.6 eV，求氫原子處于基態(tài)時(shí)：電子的動(dòng)能；原子的電勢(shì)能；用波長(zhǎng)是多少的光照射可使基態(tài)氫原子電離？跟蹤訓(xùn)練3(2020·江蘇·12C(2)按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量_(選填“越大”或“越小”)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1(E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子被電離后，電子速度大小為_(普朗克常量為h)18.不明確玻爾理論中能級(jí)值的意義例4已知?dú)湓踊鶓B(tài)的能量是E1.一群處于n4能級(jí)的氫原子自發(fā)躍遷，能釋放6種光子，求其中頻率最小的光子的能量誤區(qū)警示不明確氫原子能級(jí)值的意義及各能級(jí)高低的關(guān)系，誤認(rèn)為E1為正值且最大，出現(xiàn)了以下的錯(cuò)解：根據(jù)En，得E4，E3，由能級(jí)躍遷公式得：EE3E4.正確解析氫原子從n4能級(jí)自發(fā)躍遷，釋放出能量最小的光子是由n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)放出的光子En、E4、E3的求解如上，EE4E3.答案正本清源(1)氫原子核外電子處于無窮遠(yuǎn)處時(shí)的能量最高(E0)，處于基態(tài)時(shí)能量最低為E113.6 eV，處于基態(tài)的氫原子吸收光子后躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)，所以處于較高激發(fā)態(tài)上的能級(jí)值大于基態(tài)，但都為負(fù)值.,(2)對(duì)于氫原子在躍遷時(shí)輻射和吸收光子的頻率或波長(zhǎng)的計(jì)算，首先由能級(jí)的高低或軌道半徑的大小確定是吸收還是放出光子，然后由玻爾理論EmEnh，求.A組粒子散射實(shí)驗(yàn)與原子核式結(jié)構(gòu)模型1(2020·上海單科·2)盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是 ()2(2020·天津理綜·1)下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)是 ()A光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) B倫琴射線的發(fā)現(xiàn)C粒子散射實(shí)驗(yàn) D氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)B組能級(jí)與能級(jí)躍遷3原子處于基態(tài)時(shí)最穩(wěn)定，處于較高能級(jí)時(shí)會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷，用n表示氫原子所處能級(jí)狀態(tài)的量子數(shù)，N表示由該能級(jí)狀態(tài)發(fā)生躍遷時(shí)可能發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光譜線的數(shù)目，則 ()A當(dāng)n1時(shí)，N1 B當(dāng)n2時(shí)，N2C當(dāng)n3時(shí)，N3 D當(dāng)n4時(shí)，N44設(shè)氫原子由n3的狀態(tài)向n2的狀態(tài)躍遷時(shí)放出能量為E、頻率為的光子氫原子()A躍遷時(shí)可以放出或吸收能量為任意值的光子B由n2的狀態(tài)向n1的狀態(tài)躍遷時(shí)放出光子的能量大于EC由n3的狀態(tài)向n1的狀態(tài)躍遷時(shí)放出光子的能量等于6.4ED由n4的狀態(tài)向n3的狀態(tài)躍遷時(shí)放出光子的頻率大于課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練(限時(shí)：45分鐘)一、選擇題1. 如圖1所示為盧瑟福做粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，下述對(duì)觀察到的現(xiàn)象的說法中正確的是 ()A放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最 多圖1B放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只 比A位置時(shí)稍少些C放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光D放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少2有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是 ()A氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光子C氫原子光譜說明氫原子能級(jí)是分立的D氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無關(guān)3仔細(xì)觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線，其原因是 ()A氫原子只有幾個(gè)能級(jí)B氫原子只能發(fā)出平行光C氫原子有時(shí)發(fā)光，有時(shí)不發(fā)光D氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對(duì)應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的4氫原子的部分能級(jí)如圖2.氫原子吸收以下能量的光子可以從基態(tài)躍遷到n2能級(jí)的是 ()A10.2 eVB3.4 eV圖2C1.89 eVD1.51 eV5.如圖3為氫原子能級(jí)的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光關(guān)于這些光，下列說法正確的是 ()圖3A最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí) 產(chǎn)生的B頻率最小的光是由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的C這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D用n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)6關(guān)于原子和原子核，下列說法正確的有 ()A湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)之一C原子半徑的數(shù)量級(jí)是1015 mD玻爾原子理論無法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯(cuò)誤的7可見光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范圍內(nèi)若氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，根據(jù)氫原子能級(jí)圖(如圖4所示)可判斷 ()A從n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)時(shí)發(fā)出可見光B從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)時(shí)發(fā)出可見光C從n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)時(shí)發(fā)出可見光D從n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)時(shí)發(fā)出可見光圖48(2020·重慶理綜·19)氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖5所示不 同色光的光子能量如下表所示.色光紅橙黃綠藍(lán)­靛紫光子能量范圍(eV)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310圖5處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()A紅、藍(lán)­靛 B黃、綠C紅、紫 D藍(lán)­靛、紫9(2020·新課標(biāo)·34(1)用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測(cè)到頻率分別為1、2、3的三條譜線，且3>2>1，則 ()A0<1 B321C0123 D.10. 氫原子的能級(jí)如圖6所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62 eV3.11 eV，下列說錯(cuò)誤的是 ()圖6A處于n3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n2能級(jí)的氫原子被h3.11 eV的可見光照射時(shí)，能發(fā)生電離二、非選擇題11(2020·山東理綜·38(1)大量氫原子處于不同能量激發(fā)態(tài)，發(fā)生躍遷時(shí)放出三種不同能量的光子，其能量值分別是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.躍遷發(fā)生前這些原子分布在_個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)上，其中最高能級(jí)的能量值是_eV(基態(tài)能量為13.6 eV)12已知金屬鎢的逸出功W04.54 eV.氫原子的能級(jí)圖如圖7所示有一群處于n3能級(jí)的氫原子，用輻射出的最大頻率的光子照射金屬鎢，產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能是多少？13如圖8所示，氫原子從n2的某一能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)， 輻射出能量為2.55 eV的光子問：圖8(1)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射出上述能量的光子？(2)請(qǐng)?jiān)趫D中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖復(fù)習(xí)講義基礎(chǔ)再現(xiàn)一、基礎(chǔ)導(dǎo)引(1)×(2)(3)(4)知識(shí)梳理2.(1)少數(shù)極少數(shù).(2)原子核所有質(zhì)量電子(3)10151010二、基礎(chǔ)導(dǎo)引ACD三、基礎(chǔ)導(dǎo)引知識(shí)梳理1.(1)不連續(xù)(2)不連續(xù)穩(wěn)定(3)吸收放出能量差E2E12.能量值3.最低4.不連續(xù)5.(1)n20.53×1010(2)13.6課堂探究例1(1)C(2)B跟蹤訓(xùn)練1B例2BCD跟蹤訓(xùn)練2B例3(1)(2)13.6 eV27.2 eV0.914×107 m跟蹤訓(xùn)練3越大分組訓(xùn)練1D2.C3C4BC課進(jìn)規(guī)范訓(xùn)練1AD2BC3D4A5D6B7B8A9B10D1121.51127.55 eV1312.75 eV見解析圖解析氫原子從n2的某一能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，輻射光子的頻率應(yīng)滿足hEnE22.55 eVEnhE20.85 eV，所以n4基態(tài)氫原子要躍遷到n4的能級(jí)，應(yīng)提供的能量為：EE4E112.75 eV(2)輻射躍遷圖如圖所示