《2018届高三物理一轮复习 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《2018届高三物理一轮复习 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 1909 1911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 用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开 获得光的 频率 和
2、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 10 107m 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
3、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 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 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 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
4、中r1为基态半径 又称玻尔半径 其数值为r1 0 53 10 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
5、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 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
6、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42722258A 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
7、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 22eV E 13 32eVB n 2 13 22eV E 13 32eVC n 1 12 75eV E 13 06eVD n 2 12 75eV E 13 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2n n 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
8、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 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
9、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
10、 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
11、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 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 013MeVB 0 017MeVC 0 076MeVD 0 093MeV 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
12、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 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
13、 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
