《高三物理一轮复习第十二章波粒二象性原子结构原子核第3讲原子结构氢原子光谱课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理一轮复习第十二章波粒二象性原子结构原子核第3讲原子结构氢原子光谱课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2讲 原子结构 氢原子光谱,【知识梳理】 知识点1 原子结构 1.电子的发现: 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了_, 提出了原子的“枣糕模型”。,电子,2.原子的核式结构: (1)19091911年,英籍物理学家_进行了粒 子散射实验,提出了核式结构模型。 (2)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”。,卢瑟福,少数,(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很 小,但几乎占有全部_,电子在正电体的外面运动。,质量,知识点2 氢原子光谱 1.光谱:用光栅或棱镜可以
2、把各种颜色的光按波长展 开,获得光的_(频率)和强度分布的记录,即光谱。,波长,2.光谱分类:,连续,吸收,特征,3.氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢原子光谱在 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=1.10107m-1)。 4.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,知识点3 氢原子的能级结构、能级公式 1.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_的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。,稳定,(2)跃
3、迁:当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=6.6310-34Js) (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_,因此电 子的可能轨道也是_。,Em-En,不连续的,不连续的,2.几个概念: (1)能级:在玻尔理论中,原子的能量是量子化的, 这些量子化的能量值,叫作能级。 (2)基态:原子能量_的状态。 (3)激发态:在原子能量状态中除基态之外的其他 状态。 (4)量子数:原子的状态是不连续的,用于表示原子 状态的_。,最低,正整数,3.
4、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=_eV。 4.氢原子的半径公式:rn=_(n=1,2,3),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.5310-10m。,-13.6,n2r1,5.氢原子的能级图: 能级图如图所示,【易错辨析】 (1)原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成 的。 ( ) (2)原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中 具有不同的能量。 ( ),(3)炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱。 ( ) (4)根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,释放一定频率的光子,同时电子的动能增大,电势
5、能减小。 ( ),提示:(1)。由线状光谱和吸收光谱这两个原子的特征谱线可知,原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成的。 (2)。原子的能量量子化现象是指原子在不同能级中具有不同的能量。 (3)。炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱。,(4)。根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能 级跃迁到较低能级时,释放一定频率的光子,轨道半 径减小,根据 知,动能增大,由于能量减小, 则电势能减小。,考点1 氢原子能级图及原子跃迁 【核心要素精讲】 1.氢原子能级图:,2.能级图中各物理量意义的说明:,3.解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项: (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的
6、。 (2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=Em-En求得。若求波长可由公式c=求得。 (3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n-1。,(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法: 用数学中的组合知识求解:N= 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。,【高考命题探究】 【典例1】(2016北京高考)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有 ( ) 世纪金榜导学号42722258 A.1种 B.2种 C.3种 D.4种,【思考探究】 (1)原子从某一定态跃迁到另一定态时,_ 一定频率的光子能量。 (2)原
7、子跃迁时,可能的情况可根据公式_进行计算。,吸收(或辐射),【解析】选C。大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁时, 由 可得有3种可能,C正确。,【强化训练】(多选)用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测,发现光谱线的数目比原来增加了5条。用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差,E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断,n和E的可能值为 ( ) 世纪金榜导学号42722259,A.n=1,13.22eVE13.32eV B.n=2,13.22eVE13.32eV C.n=1,12.75eVE13.06eV D.n=2,
8、12.75eVE13.06eV,【解析】选A、D。最高激发态量子数之差和最高能级量子数之差相同,因此设氢原子原来的最高能级为n,则调高后的能级为(n+n),则有: 即2nn+n2-n=10,讨论:当n=1时,n=5,调整后的能级为n=6,此时能级差 为:E=-0.38-(-13.6)eV=13.22eV,因此调高后电子的 能量应该大于此时的能级差,小于基态和第7能级之间 的能级差,否则将跃迁到更高能级,即小于E=-0.28- (-13.6)eV=13.32eV,所以A、C选项中A正确,C错误; 当n=2时,n=2,调整后的能级为n=4,此时能级差为:,E=-0.85-(-13.6)eV=12.
9、75eV,因此调高后电子的能 量应该大于此时的能级差,小于基态和第5能级之间的 能级差,否则将跃迁到更高能级,即小于E=-0.54- (-13.6)eV=13.06eV,所以B、D选项中D正确,B错误。,考点2 与能级有关的能量问题 【核心要素精讲】 1.原子从低能级向高能级跃迁的能量情况:吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足h=E末-E初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量h大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收。,2.原子从高能级向低能级跃迁的能量情况:以光子的形式向外辐射能量,所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。 3.氢原子跃迁时
10、电子动能、电势能与原子能量的变化规律: (1)原子能量变化规律:En=Ekn+Epn= ,随n增大而增大,随n的减小而减小,其中E1=-13.6eV。,(2)电子动能变化规律。 从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供 向心力,即 ,所以Ekn= ,随r增大而减小。 从库仑力做功上判断,当轨道半径增大时,库仑引力做负功,故电子动能减小。反之,当轨道半径减小时,库仑引力做正功,故电子的动能增大。,(3)原子的电势能的变化规律。 通过库仑力做功判断,当轨道半径增大时,库仑引力做负功,原子的电势能增大。反之,当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的电势能减小。 利用原子能量公式En=Ekn+Epn
11、判断,当轨道半径增大时,原子能量增大,电子动能减小,故原子的电势能增大。反之,当轨道半径减小时,原子能量减小,电子动能增大,故原子的电势能减小。,【高考命题探究】 【典例2】(多选)若原子的某内层电子被电离形成空位,其他层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来,此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制,其中一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回基态时,将跃迁时释放的能量交给某一内层电子,使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子)。,214Po的原子核从某一激发态回到基态时,可将能量E0=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子
12、,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV。则可能发射的特征X射线的能量为 ( ) 世纪金榜导学号42722260,A.0.013 MeV B.0.017 MeV C.0.076 MeV D.0.093 MeV,【解析】选A、C。电离过程是:该能级上的电子获得 能量后转化为其动能,当获得的动能足能使其脱离原 子核的吸引后,则能电离,因此电离时获得的动能等于 无穷远处能级和该能级之间的能量差。所以内层三个 能级的能量分别为:EM=-1.412MeV,EL
13、=-1.399MeV, EK=-1.323MeV,因此放出的特征X射线的能量分别 为:EM=EK-EL=0.089MeV,EL=EL-EM=0.013MeV, EK=EK-EL=0.076MeV,故B、D错误,A、C正确。,【强化训练】 1.氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值,它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能,氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时( ) A.氢原子的能量减小,电子的动能增大 B.氢原子的能量增大,电子的动能增大 C.氢原子的能量减小,电子的动能减小 D.氢原子的能量增大,电子的动能减小,【解析】选A。电子由外层轨道跃迁到内层轨道时, 放出光子,总能量减
14、小;根据k =m ,可知半径越 小,动能越大,故B、C、D错误,A正确。,2.根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从a运动到b再运动到c的过程中,下列说法中正确的是 ( ) 世纪金榜导学号42722261,A.动能先增大,后减小 B.电势能先减小,后增大 C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零 D.加速度先变小,后变大,【解析】选C。粒子受到斥力作用,根据电场力做功特点可知:从a运动到b过程中电场力做负功,电势能增大,动能减小,从b运动到c过程中,电场力做正功,电势能减小,动能增大,整个过程中由于a与c在同一等势线上,故电场力不做功,A、B错误,C正确;根据点电荷周围电场可知,距离原子核近的地方电场强度大,故越靠近原子核加速度越大,因此粒子的加速度先增大后减小,故D错误。,
