物理选修3-5原子结构之谜

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1、1原子结构之谜一、知识点总结1、1858 年德国科学家普吕克尔发现了阴极射线：在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色的荧光，这种期奇妙的射线被称为阴极射线。2、汤姆生对阴极射线等现象的研究中发现了电子，揭示了原子内部有着更深层次的结构，打破来传统的“原子不可分”的观念。3、探究阴极射线进行试验 实验结果 实验结论测定阴极射线的电荷 阴极射线由带负电的微粒组成测定阴极射线粒子的荷质比 荷质比大约比氢离子的荷质比大 2000 倍从不同的物质中都能击出这种带点粒子 发现它是构成各种物体的共同成分直接测量粒子的电荷大小 电荷与氢离子的电荷基本相等

2、该粒子的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，确认电子的存在，电子是原子的组成成分，带负电阴极射线的带负电粒子实际就是电子，阴极射线的本质是高速电子流。4、原子结构的认识过程（1）汤姆生首先提出葡萄干布丁模型（2） 粒子散射实验实验现象 分析推理 类比（行星模型）1绝大多数 粒子不偏转 原子内部绝大部分是“空”的2少数 粒子发生较大偏转 原子内部有“核”存在3极少数 粒子的偏转超过了 90，有的甚至几乎达到 180（被弹回）1.作用力很大（电量集中）2.质量很大（质量集中）原子核式结构（3）1911 年，卢瑟福提出原子的核式结构的模型：原子的中心有一个带有正电的原子核，它几乎集中了原子的全部

3、质量，而电子则在核外空间绕核旋转。原子核的质量几乎集中了原子的全部质量，但它的半径却非常小，仅相当于原子半径的万分之一。5、对模型的理解：模型不是真实情况（实物）的精确复制品，建立模型的过程中，往往是忽略一些次要的因素，留下一些能够反映原物本是的主要因素。6、原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱。是了解原子性质的最重要的直接证据。原子光谱是分立的亮线，是不连续的。每种原子都有自己特定的原子光谱。不同的原子，其原子光谱均不相同，故原子光谱被称为原子的“指纹” 。我们通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成，发现新元素。注意：用分光镜观察氢原

4、子光谱，要尽量缩短时间以延长光谱管的寿命。7、氢原子光谱在可见光区有四条分立的谱线。可见氢原子受激发只能发出几种特定频率的光。四条谱线的波长满足巴尔末公式： ， =3，4，5，6 R 为里德伯常量。符合巴耳末公式21nR的光谱线统称为巴耳末系。8、广义巴尔末公式： ，其中 和 均为正整数，且 21mnnm或者 ，式中 ， 称为光谱项)(nT2)(R2)(T谱线波长的倒数可以表示为两光谱项之差。谱线波长取决于两光谱项之差。29、能级的猜想：氢气放电的过程中，向外辐射出光（能量） ，氢原子的能量也在减少，因为氢原子光谱是分立的，能量不是连续减少的，因此我们猜想原子内部的能量也是不连续的。能级：原子

5、内部不连续的能量称为原子的能级。跃迁：原子从一个能级变化到另外一个能级的过程叫做跃迁。处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁，并辐射出光子。辐射出光子的能量为 式中 和 分别为原子跃迁前后的能级。nmEhvmEn反之，原子吸收了 特定频率的光子 或者通过其他途径获得能量时便可以从低能级向高能级跃迁，也满足上式。由上面分析可知，原子辐射或者吸收光子的频率取决于两能级之差。10、丹麦物理学家 波尔 推导出氢原子的能级公式： ， =1，2，3 2nRhcE式中 R 为里德伯常量，c 为光速，n 为正整数。式子表明：氢原子的能量是不连续的，是量子化的，只能取一些定值，因此 n 也被称为能量量子数。11、

6、氢原子的能级示意图基态：正常状态下，氢原子处于最低的能级 （n=1） ，这个最低能级对应的状态称为基态，氢原子1E在基态的能量为-13.6eV。激发态：电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级 ， 上，这些能解对于的状态称23E为激发态。处于激发态的氢原子是不稳定的，它会自发向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射，这就是氢原子发光现象。辐射出的光子的能量等于两能级的能量差： 。nmEhv能级间跃迁产生不连续的线谱。二、巩固练习1、 2010重庆1 氢原子分能级示意图如上图所示，不同色光的光子能量如下表所示。色光 赤 橙 黄 绿 蓝靛 紫光子能量范围（eV） 1.612.

7、00 2.002.07 2.072.14 2.142.53 2.532.76 2.763.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有 2 条，其颜色分别为（ A ）A 红、蓝靛 B黄、绿 C红、紫 D蓝靛、紫2、 2010上海物理1 卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是（ A ）（A） 粒子的散射实验 （B）对阴极射线的研究（C） 天然放射性现象的发现 （D）质子的发现3、 2010江苏物理12(C) 3）已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为 -3.4eV 和-1.51eV， 金属钠的截止频率为 145.0Hz， 普朗克常量 h= 346.10。请通过计算

8、判断，氢原子从第二sJ激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板， 能否发生光电效应。 （答案：不能）4、 2010海南物理19 (1)能量为 Ei的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子，这一能 Ei称为氢的电离能。现用一频率为 的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核v以后速度的大小为_（用光子频率 、电子3质量 、氢原子的电离能 和普朗克常量 表示） 。miEhmEvi)(25、 （2011 上海）卢瑟福利用 粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是 D6、 （09全国卷18） 氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在 1.62eV

9、 到 3.11eV 之间。由此可推知, 氢原子 （ AD ）A. 从高能级向 n=1 能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短 B. 从高能级向 n=2 能级跃迁时发出的光均为可见光C. 从高能级向 n=3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D. 从 n=3 能级向 n=2 能级跃迁时发出的光为可见光7、 （09全国卷16） 氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为 1=0.6328m， 2=3.39m，已知波长为 1的激光是氖原子在能级间隔为 E 1=1.96eV 的两个能级之间跃迁产生的。用 E 2 表示产生波长为 2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则 E 2 的近似值为 （ D ）

10、A10.50eV B0.98eV C0.53eV D0.36eV8、 （2008上海物理3A） 1991 年卢瑟福依据 粒子散射实验中 粒子发生了 （选填“大”或“小” ）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。若用动能为 1 MeV 的 粒子轰击金箔，则其速度约为 m/s。 （质子和中子的质量均为 1.671027 kg，1 MeV=1106 eV） 答案：3A 大，6.91069、 （2008广东物理6) 有关氢原子光谱的说法正确的是 （ BC ）A氢原子的发射光谱是连续谱B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关

11、10、 （2008山东理综1)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到 n=2 能级发出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原于自发跃迁时发出的谱线中只有 2 条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出_条不同频率的谱线。 答案： 611、 （2008江苏物理C） (1)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有 (2)场强为 E、方向竖直向上的匀强电场中有两小球 A、 B，它们的质量分别为 m 、 m ，电量分别为q 、 q A、 B 两球由静止释放，重力加速度为 g，则小球 A 和 组成的系统动量守恒应满足的关系式为 答案：（1）AB （2）E(q 1+q2)=(m1+m2)g412、 （0

12、7北京理综14） 下列说法正确的是 （ D ）A太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 B汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构C一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加13、 （07全国理综19） 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 （

13、A D ） An1，13.22 eV E13.32 eVBn2，13.22 eVE13.32 eVCn1，12.75 eVE13.06 eVDn2，12.72 eV E13.06 eV14、 （06江苏4） 氢原子的能级如图所示，已知可见的光的光子能量范围约为 1.62eV3.11eV. 下列说法错误的是 （ D ）A处于 n = 3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发 生电离B大量氢原子从高能级向 n = 3 能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 C大量处于 n = 4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 6 种不同频率的光 D大量处于 n = 4 是能级的氢原子向低能级跃迁时，可

14、能发出 3 种不同频率的可见光15、 （05全国17） 图中画出了氢原子的 4 个能级，并注明了相应的能量 E。处在 n=4 的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光 波。已知金属钾的逸出功为 2.22eV。在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 （ C ）A二种 B三种 C四种 D五种16、 （07 武汉联考） 处于 n4 能级的大量氢原子，向低能级跃迁的过程中，只有一种光子照射某金属时不能产生光电效应，则此光子为 ( C )A从 n3 能级跃迁到基态发出的光子 B从 n2 能级跃迁到基态发出的光子C从 n4 能级跃迁到 n3 能级发出的光子 D从 n4 能级

15、跃迁到 n2 能级发出的光子17、 （2011广东物理18) 光电效应实验中，下列表述正确的是 CDA.光照时间越长光电流越大 B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关 D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子18、 （2011江苏物理12) 按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核较远，氢原子的能量 （选填 “越大 ”或“越小” ）.已知氢原子的基态能量为 E1(E1 0)电子质量为 m, 基态氢原子中的电子吸收一频率为 v 的光子被电离后，电子速度大小为 （普朗克常量为 h） 。19、 （ 2011 全国卷 1） .已知氢原子的基态能量为 E，激发态能量 ，其中 n=2,3。用 h21/n表示普朗克常量，c