高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 143 原子結(jié)構(gòu) 氫原子光譜課件

一、電子的發(fā)現(xiàn)1陰極射線：在研究氣體導(dǎo)電的玻璃管內(nèi)有陰、陽兩極，當(dāng)兩極間加一定電壓時， 便發(fā)出一種射線，這種射線稱為 2電子的發(fā)現(xiàn)：電子是由英國物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)的，其電荷量為e ，其質(zhì)量為me9.11031 kg.陰極陰極陰極射線陰極射線湯姆孫湯姆孫1.61019 C二、原子結(jié)構(gòu)1原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍 ，少數(shù)粒子發(fā)生了 ，極少數(shù)粒子甚至被 沿原來的方向前進(jìn)沿原來的方向前進(jìn)較大的偏轉(zhuǎn)較大的偏轉(zhuǎn)原路彈回原路彈回 (2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的原子核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在 上，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn) (3)原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為 ，原子直徑的數(shù)量級約為 .原子核原子核1015 m1010 m 2玻爾原子模型 (1)原子只能處于一系列能量 的狀態(tài)中，具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫做 ，原子處于最低能級的狀態(tài)叫 ，其他的狀態(tài)叫 (2)原子從一種定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時，吸收(或輻射) 的光子能量h，hE2E1(E2E1) (3)原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同 不連續(xù)不連續(xù)定態(tài)定態(tài)基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)一定頻率一定頻率運(yùn)行軌道運(yùn)行軌道可見光區(qū)可見光區(qū) 1.10107 m1 2氫原子的能級和軌道半徑 (1)氫原子的能級公式：En (n1,2,3，)，其中E1為基態(tài)能量E1 . (2)氫原子的半徑公式：rn (n1,2,3，)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑r1 .13.6_eVn2r10.531010_m 1關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法不正確的是() A該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行 B帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動 C熒光屏上的閃光是散射的粒子打在熒光屏上形成的 D熒光屏只有正對粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光解析D由于該實(shí)驗(yàn)要求在真空中進(jìn)行，顯微鏡能夠在水平面上移動，以便接收通過金箔后不同方向上的粒子，而熒光屏上的閃光則是由于粒子的撞擊形成的；由于粒子通過金箔后發(fā)生了散射，沿粒子源發(fā)出的射線方向以外仍然出現(xiàn)閃光，由此可知，A、B、C說法正確，故應(yīng)選D. 2在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是() A原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上 B正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的 C原子中存在著帶負(fù)電的電子 D金箔中的金原子間存在很大的空隙，只有極少數(shù)碰到金原子解析A盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，說明只有少數(shù)粒子受到很強(qiáng)的斥力，大多數(shù)粒子受到的斥力很小，這反映出在原子內(nèi)部正電荷分布在很小的空間，且質(zhì)量很大，A正確，B錯誤；實(shí)驗(yàn)中所用金箔盡管很薄，但也有上萬層原子，由此可知，有少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)顯然不是由于碰到金原子，由此知B、C、D錯誤 3利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，關(guān)于光譜分析下列說法正確的是() A利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分 B利用物質(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分 C高溫物體發(fā)出的光通過物質(zhì)后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分 D同一種物質(zhì)的線狀譜與吸收光譜上的暗線由于光譜的不同，它們沒有關(guān)系解析B由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無關(guān)，故A錯誤；某種物質(zhì)發(fā)光的線狀譜中的明線是與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關(guān)，通過這些亮線與原子的特征譜線對照，即可確定物質(zhì)的組成成分，B正確；高溫物體發(fā)出的光通過某物質(zhì)后，某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線與所經(jīng)物質(zhì)有關(guān)，C錯誤；某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時它也會吸收這種頻率的光，因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應(yīng)D錯誤 4按照玻爾的理論，氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運(yùn)動的動能當(dāng)一個氫原子從n4的能級向低能級躍遷時，下列說法正確的是() A氫原子系統(tǒng)的電勢能增加，電子的動能增加 B氫原子系統(tǒng)的電勢能減小，電子的動能減小 C氫原子可能輻射6種不同波長的光 D氫原子可能輻射3種不同波長的光 5如圖所示為氫原子的能級圖用光子能量為13.06 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有_種解析由EEnE1可知EnEE113.06 eV13.60 eV0.54 eV.吸收13.06 eV能量后氫原子處于量子數(shù)n5的激發(fā)態(tài)，故可產(chǎn)生10種不同波長的光【答案】10 要點(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫通過對陰極射線的研究發(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)，但少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子甚至被撞了回來，如圖所示 (2)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型 在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn) (3)原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為1015 m，原子直徑的數(shù)量級約為1010 m. (4)原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)【例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)(1)關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下列說法中正確的是()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)量都集中在一個很小的核里D證明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動解析粒子散射實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識到原子的核式結(jié)構(gòu)，從能量轉(zhuǎn)化角度看，當(dāng)粒子靠近原子核運(yùn)動時，粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達(dá)到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，可以估算原子核的大小(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存在中子，所以C項(xiàng)正確，A、B兩項(xiàng)錯玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化，D項(xiàng)錯【答案】(1)C(2)2.71014 m【規(guī)律方法】粒子轟擊金箔時并不是直接接觸原子核，所以只能是估算原子核的大小 (2011上海)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()解析D粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)；(2)少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；(3)極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90，甚至有個別粒子被反彈回來據(jù)此可知本題只有D項(xiàng)正確.要點(diǎn)二氫原子光譜與氫原子的能級1.氫原子光譜與玻爾理論(1)光譜的分類 (4)玻爾理論 定義：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量 躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.631034 Js) 電子動能：電子繞氫原子核運(yùn)動時靜電力提供向心力，即km，所以Eknk，隨r增大而減小 電勢能：通過庫侖力做功判斷電勢能的增減當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減?。环粗?，軌道半徑增大時，電勢能增加(1)巴耳末系是氫原子在可見光區(qū)的一組譜線，在紅外光區(qū)和紫外光區(qū)也有類似的譜線系(2)原子躍遷條件hEmEn只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況對于光子和原子作用而使原子電離時，只要入射光的能量E13.6 eV，原子就能吸收光子的能量，對于實(shí)物粒子與原子作用使原子激發(fā)時，實(shí)物粒子的能量大于或等于能級差即可 (2)氫原子的能級圖 能級圖如圖所示 能級圖中相關(guān)量意義的說明相關(guān)量相關(guān)量表示意義表示意義能級圖中的橫線能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)定態(tài)橫線左端的數(shù)字橫線左端的數(shù)字“1,2,3”表示量子數(shù)表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字橫線右端的數(shù)字“13.6，3.40”表示氫原子的能級表示氫原子的能級相鄰橫線間的距離相鄰橫線間的距離表示相鄰的能級差，量子數(shù)越大相表示相鄰的能級差，量子數(shù)越大相鄰的能級差越小鄰的能級差越小帶箭頭的豎線帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷的條件為遷，原子躍遷的條件為hEmEn【例2】(1)氫原子的部分能級如圖所示，已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間由此可推知，氫原子() A從高能級向n1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短 B從高能級向n2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光 C從高能級向n3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高 D從n3能級向n2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光(2)(2010山東理綜)大量氫原子處于不同能量激發(fā)態(tài)，發(fā)生躍遷時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_個激發(fā)態(tài)能級上，其中最高能級的能量值是_eV(基態(tài)能量為13.6 eV)(2)由于大量氫原子在處于不同能量激發(fā)態(tài)，發(fā)生躍遷時放出三種不同能量的光子，可知?dú)湓犹幱谧罡吣芗壥莕3，躍遷發(fā)生前這些原子分布在2個激發(fā)態(tài)能級上；其中最高能級的能量值是E31.51 eV.【答案】(1)AD(2)21.51解析B本題考查氫原子能級與原子躍遷，意在考查考生對原子躍遷規(guī)律的理解與應(yīng)用當(dāng)用頻率為0的光照射處于基態(tài)的氫原子時，由所發(fā)射的光譜中僅能觀測到三種頻率的譜線可知，這三種頻率的光子應(yīng)是氫原子從第3能級向低能級躍遷過程中所輻射的，由能量特點(diǎn)可知，312，B項(xiàng)正確. 【例】已知?dú)湓踊鶓B(tài)的能量是E1.一群處于n4能級的氫原子自發(fā)躍遷，能釋放6種光子，求其中頻率最小的光子的能量【規(guī)律方法】氫原子核外電子處于無窮遠(yuǎn)處時的能量最高(E0)，處于基態(tài)時能量最低為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)上的能級值大于基態(tài)，但都為負(fù)值1(2011天津理綜)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)解析C光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說明光具有粒子性，A選項(xiàng)錯誤；X射線(倫琴射線)的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生，B選項(xiàng)錯誤；氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)解釋了原子的穩(wěn)定性以及原子光譜的分立特征，D選項(xiàng)錯誤；所以選擇C.2(2010上海)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是()A粒子的散射實(shí)驗(yàn)B對陰極射線的研究C天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)D質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)解析A盧瑟福根據(jù)粒子的散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，所以A項(xiàng)正確解析AC此公式是巴耳末在研究氫光譜在可見光區(qū)的14條譜線中發(fā)現(xiàn)的，只適用于氫光譜的分析，故A正確，D錯此公式中n只能取大于等于3的整數(shù)，則不能取連續(xù)值，故為分立的線狀譜，故C正確，B錯 4氫原子從n3的能級躍遷到n2的能級放出光子的頻率為，則它從基態(tài)躍遷到n4的能級吸收的光子頻率為_