高考物理 原子结构

课时2原子结构知识点一电子的发现知识回顾11858年德国物理学家 较早发现了气体导电时的辉光放电现象德国物理学家 研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的所以他把这种未知射线称之为阴极射线普吕克尔普吕克尔戈德斯坦戈德斯坦2对于阴极射线的本质，有大量的科学家做出大量的科学研究，主要形成了两种观点(1)电磁波说：代表人物，认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程(2)粒子说：代表人物，认为这种射线的本质是一种高速粒子流赫兹赫兹汤姆孙汤姆孙3美国物理学家密立根利用油滴实验测量出电子的电荷量密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征即任何电荷只能是e的整数倍电子的质量：m kg，电子的电荷量：e C.9.110311.61019要点深化英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子实验装置如图1所示图1从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A上(1)当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷(3)如图2所示，根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：图2基础自测一种测定电子比荷的实验装置如图3所示真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域，若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点，若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O.已知极板的长度l5.00 cm.C、D间的距离d1.50 cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L12.50 cm，U200 V，B6.3104 TP点到O点的距离y3.0 cm，试求电子的比荷图图3解析：当CD间既有电场又有磁场时，由电子做直线运动可知，电子所受的电场力与磁场力大小相等设电子经电场加速后的速度为v0.答案：1.611011 C/kg知识点二原子的核式结构知识回顾1汤姆孙通过对 的研究发现了电子，说明原子也是可分的2卢瑟福用粒子轰击金箔，发现 粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，粒子发生较大角度偏转，极少数发生大角度偏转，达到180而反向弹回阴极射线阴极射线绝大多数绝大多数少数的少数的个别的个别的3卢瑟福提出原子核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫 它集中了原子的 和几乎全部 带负电的电子在核外绕核旋转从粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为 m.原子核原子核全部正电荷全部正电荷质量质量1014要点深化1粒子散射实验(1)实验装置：如图4所示图4(2)实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径全部设备装在真空环境中，因为粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米显微镜可在底盘上旋转，可在360的范围内进行观察(3)实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回粒子的大角度散射现象无法用汤姆生的原子模型解释粒子散射实验的结果揭示了：原子内部绝大部分是空的；原子内部有一个很小的“核”2原子的核式结构卢瑟福对粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，原子核所带的单位正电荷数等于核外电子数原子的直径大约是10 10 m，原子核的直径约为10 1510 14 m.3核式结构模型对粒子散射实验的解释(1)因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而，大部分粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变(2)只有少数粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转基础自测在卢瑟福的粒子散射实验中，有极少数粒子发生大角度偏转，其原因是()A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子中是均匀分布的C原子中存在着带负电的电子D原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析：由题意“极少数粒子发生大角度偏转”，说明粒子受到很大的库仑斥力，“极少数”意味着粒子接近核的机会很小，说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上答案：A知识点三氢原子光谱知识回顾1光谱：复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱2发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱发射光谱有连续光谱和明线光谱两种连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发出的光形成；明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同3吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的太阳光谱为吸收光谱2卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾主要有两点：按照经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁波，因此能量要减少，电子轨道半径也要变小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的；电子在转动过程中，随着转动半径的缩小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续光谱然而事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续光谱而是线状光谱基础自测根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内最长波长与最短波长所对应的n，并计算其波长答案：n3时，波长最长6.55107 mn时，波长最短3.64107 m知识点四玻尔理论能级知识回顾1玻尔的原子模型：是以假说的形式提出来的，它包括以下三方面的内容：(1)轨道假设：即轨道是 的，只能是某些分立的值(2)定态假设：即不同的轨道对应着不同的 状态，这些状态中原子是 的，不向外辐射能量量子化量子化能量能量稳定稳定(3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的 ，从一个定态向另一个定态跃迁时要 或 一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的 能量能量辐射辐射吸收吸收能级差能级差2能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是 的，因此各状态对应的能量也是 的这些能量值叫能级3基态与激发态：能量 状态叫做基态；其他能量状态叫激发态4光子的发射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时 出光子，由基态向激发态跃迁时要 光子光子的频率与能级的关系：.不连续不连续不连续不连续最低的最低的发射发射吸收吸收hEmEn要点深化1对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE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，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)原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某两个能级之差，或者是吸收能量大于或等于其电离能，使电子成为自由电子；所以当原子吸收光子时，由于光子不可分，故其必须选择能量满足上述原则的光子；当原子吸收实物粒子(如电子)能量时，原子可以根据“需要”吸收其中的一部分能量，也即对电子的能量没有条件限制2氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r1，量子数为n的激发态轨道半径为rn，则有：rnn2r1(n1,2,3)设基态能量为E1，量子数为n的激发态能量为En，则有：基础自测欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A用10.2 eV的光子照射B用11 eV的光子照射C用14 eV的光子照射D用11 eV的电子碰撞解析：由“玻尔理论”的跃迁假设可知，氢原子只能吸收能量刚好等于两能级之差的光子由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV刚好为氢原子n1和n2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，故选项A正确，B错对14 eV的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使“氢原子”电离不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4 eV的动能，故选项C正确另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发故正确选项为A、C、D.注意用11 eV的光子照射和用11 eV的电子碰撞其结果是不同的，因为用11 eV的电子碰撞后其动能可能部分地被原子吸收，吸收的能量刚好等于基态与某个激发态能级之差，就可使氢原子激发答案：ACD题型一原子的核式结构模型例1卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出()A原子的核式结构模型B原子核内有中子存在C电子是原子的组成部分D原子核是由质子和中子组成的解析英国物理学家卢瑟福的粒子散射实验的结果是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数粒子发生较大的偏转粒子散射实验并不涉及原子核内的结构查德威克在用粒子轰击铍核的实验中发现了中子，卢瑟福用粒子轰击氮核时发现了质子，选A.电子是汤姆孙发现的，C不正确答案A题后反思汤姆孙研究阴极射线发现电子说明原子是可分的，电子是原子的组成部分卢瑟福通过粒子散射实验说明了原子的结构是核式结构，并不能说明原子核由质子和中子组成在贝克勒尔发现了天然放射现象后人们才认识到原子核也是可分的变式11二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，图5是()图5A卢瑟福的粒子散射实验装置B卢瑟福发现质子的实验装置C汤姆孙发现电子的实验装置D查德威克发现中子的实验装置解析：由物理学史易知答案：A题型二氢原子的能级例2用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为1、2、3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：h1；h3；h(12)；h(123)以上表示式中()A只有正确B只有正确C只有正确 D只有正确解析容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明氢原子处于n3能级上由玻尔理论可知：h3E3E1；h2E2E1，h1E3E2，且h3h1h2，所以照射光能量可以表示为或，故选项C正确答案C题后反思分析求解原子跃迁问题，一是要熟悉氢原子能级图；二是电子跃迁过程符合能量守恒定律；三是原子对光子能量的吸收是具有选择性的变式21如图6所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出_种能量的光子(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？图图6答案：(1)6(2)431.88106 m11991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 MeV1106 eV)答案：大6.91062在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n2能级发出的谱线属于巴耳末线系若一群氢原子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_条不同频率的谱线解析：因该群氢原子自发跃迁时发生的谱线中只有2条属于巴耳末线系，故该群氢原子处于n4激发态，故由n4激发态自发跃迁时最多可发出6条不同频率的谱线答案：63有关氢原子光谱的说法正确的是()A氢原子的发射光谱是连续光谱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解析：原子光谱是明线光谱，则A错误，B正确电子跃迁形成光谱线，光谱线不连续则能级不连续，所以C正确由hE2E1知D错误答案：BC4(2009全国卷)氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为10.6328 m，23.39 m.已知波长为1的激光是氖原子在能级间隔为E11.96 eV的两个能级之间跃迁产生的用E2表示产生波长为2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则E2的近似值为()A10.50 eVB0.98 eVC0.53