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1、第第2 2节原子结构节原子结构1 1汤姆孙原子模型汤姆孙原子模型( (“枣糕枣糕”模型模型) )(1)(1) 研研究究阴阴极极射射线线用用测测定定粒粒子子比比荷荷的的方方法法发现了电子电子的发现证明了原子是可分的发现了电子电子的发现证明了原子是可分的(2)(2)汤汤姆姆孙孙原原子子模模型型：原原子子里里面面带带 的的物物质质均均匀匀分分布布在在整整个个原原子子球球体体中中，而而 则则一一粒粒镶嵌在球内粒粒镶嵌在球内2 2卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验粒子散射实验(1)(1)卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验装置粒子散射实验装置( (如下图所示如下图所示) )汤姆孙汤姆孙正电荷正电荷带负电的电子带负电的
2、电子一、原子结构一、原子结构 (2)粒粒子子散散射射实实验验现现象象： 多多数数粒粒子子穿穿过过金金箔箔后后基基本本上上仍仍沿沿原原来来的的方方向向前前进进， 粒粒子子穿穿过过金金箔箔后后发发生生了大角度偏转，了大角度偏转， 数数粒子甚至被反弹回来粒子甚至被反弹回来3卢瑟福的原子核式结构模型卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个在原子的中心有一个 ，叫原子核，原子的所有，叫原子核，原子的所有 和几乎所有和几乎所有 都集中在原子核里，带负电的都集中在原子核里，带负电的 在在核核外外绕绕核核旋旋转转由由粒粒子子散散射射实实验验的的数数据据估估算算出出原原子子核核半半径径的的数数量量级级为为 m
3、，而而原原子子半半径径的的数数量量级级为为 m.绝大绝大少数少数极少极少很小的核很小的核正电荷正电荷质量质量电子电子101510101 1玻尔原子模型玻尔原子模型(1)(1)轨轨道道假假设设：原原子子中中的的电电子子在在库库仑仑引引力力的的作作用用下下，绕绕原原子子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是 的的(2)(2)定定态态假假设设：电电子子在在不不同同的的轨轨道道上上运运动动时时，原原子子处处于于不不同同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是的的这这些些具具有有确确定定能能量量的的稳稳定定状状态态称称为为
4、定定态态，在在各各个个定定态态中，原子是中，原子是 的，不向外辐射能量的，不向外辐射能量不连续不连续不连续不连续稳定稳定二、玻尔理论、能级二、玻尔理论、能级(3)跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要迁时要 或或 一定频率的光子，光子的能量等于一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的两个状态的 ，即，即h .2能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的叫能级叫能级3基态和激发态：原子能量基态和激发态：原子能量 的状态叫基态，其他的状态叫基态，其他能量能量(相对于基态相对于基态)较高的状态叫激发态较高的
5、状态叫激发态4量子数：现代物理学认为原子的可能状态是量子数：现代物理学认为原子的可能状态是的，各状态可用正整数的，各状态可用正整数1,2,3，表示，叫做量子数，一表示，叫做量子数，一般用般用n表示表示吸收吸收放出放出能级差能级差EmEn能量值能量值最低最低不连续不连续能能级级图图中中的的横横线线表表示示氢氢原原子子可可能能的的能能量量状状态态定定态态横横线线左左端端的的数数字字“1、2、3”表表示示量量子子数数，右右端端的的数字数字“13.6，3.4，”表示氢原子的能级表示氢原子的能级相相邻邻横横线线间间的的距距离离，表表示示相相邻邻的的能能级级差差，量量子子数数越越大，相邻的能级差越小大，相
6、邻的能级差越小带带箭箭头头的的竖竖线线表表示示原原子子由由较较高高能能级级向向较较低低能能级级跃跃迁迁，原子跃迁条件为：原子跃迁条件为：hEmEn.特特别别提提醒醒：能能级级越越高高，量量子子数数越越大大，轨轨道道半半径径越越大大，电电子子的的动动能能越越小小，电电势势能能越越大大，原原子子的的能能量量肯肯定定随随能能级的升高而变大级的升高而变大例例1 1 英英国国物物理理学学家家卢卢瑟瑟福福和和他他的的助助手手做做粒粒子子轰轰击击金金箔实验，获得了重要发现：箔实验，获得了重要发现：(1)(1)关关于于粒粒子子散散射射实实验验的的结结果果，下下列列说说法法正正确确的的是是( () )A A证明
7、了质子的存在证明了质子的存在B B证明了原子核是由质子和中子组成的证明了原子核是由质子和中子组成的C C证证明明了了原原子子的的全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量都都集集中中在在一个很小的核里一个很小的核里D D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动题型一：原子结构与题型一：原子结构与粒子散射实验粒子散射实验(2)下列图中，下列图中，O表示金原子核的位置，则能正确表表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的示该实验中经过金原子核附近的粒子的运动轨迹粒子的运动轨迹的是图中的的是图中的()【解解析析】(1)粒粒子子散散射射实实验验
8、发发现现了了原原子子内内存存在在一一个个集集中中了了全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量的的核核数数年年后后卢卢瑟瑟福福发发现现核核内内有有质质子子并并预预测测核核内内存存在在中中子子，所所以以C对对，A、B错错玻尔发现了电子轨道量子化，玻尔发现了电子轨道量子化，D错错(2)粒粒子子散散射射的的原原因因是是原原子子核核对对其其有有库库仑仑斥斥力力的的作作用用，离离核核越越近近，斥斥力力越越大大，偏偏转转越越明明显显，当当正正好好击击中中原原子子核核时，由于时，由于粒子质量较小而反弹粒子质量较小而反弹【答案】【答案】(1)C(2)B题型二：氢原子能级跃迁问题题型二：氢原子能级跃迁问题
9、例例2 2 如图所示为氢原子的能级图，如图所示为氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基现让一束单色光照射到大量处于基态态( (量子数量子数n n1)1)的氢原子上，受激的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出三种不同频的氢原子能自发地发出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( () )A A13.6 eV B13.6 eV B12.75 eV C12.75 eV C10.2 eV D10.2 eV D12.09 eV12.09 eV【解析】【解析】多个氢原子处于多个氢原子处于n3能级对应的激发态，才能够能级对应的激发态，才能够正好产生三
10、种不同频率的光子，分别为正好产生三种不同频率的光子，分别为h1E3 E2，h2E2E1，h3E3E1. 故吸收光子能量必满足故吸收光子能量必满足hE3E112.09 eV.D正确正确. 原子的跃迁条件原子的跃迁条件hEmEn对于吸收对于吸收光子和放出光子都适用光子和放出光子都适用. 注意若吸收光子的能量大于基态电注意若吸收光子的能量大于基态电离能时，原子对光子的吸收不再受能级差限制离能时，原子对光子的吸收不再受能级差限制. 【答案】【答案】D【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】1对原子跃迁条件的理解对原子跃迁条件的理解(1)原原子子从从低低能能级级向向高高能能级级跃跃迁迁，吸吸收收一一定定能能
11、量量的的光光子子，当当一一个个光光子子的的能能量量满满足足hE末末E初初时时，才才能能被被某某一一个个原原子子吸吸收收，使使原原子子从从低低能能级级E初初向向高高能能级级E末末跃跃迁迁，而而当当光光子子能能量量h大于或小于大于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收时都不能被原子吸收(2)原原子子从从高高能能级级向向低低能能级级跃跃迁迁，以以光光子子的的形形式式向向外外辐辐射射能能量量，所所辐辐射射的的光光子子能能量量恰恰等等于于发发生生跃跃迁迁时时的的两两能能级级间间的的能能量差量差(3)原原子子跃跃迁迁条条件件hEmEn只只适适用用于于光光子子和和原原子子作作用用而而使使原原子子在在各各定定态
12、态之之间间跃跃迁迁的的情情况况对对于于光光子子和和原原子子作作用用而而使使原原子子电电离离时时，只只要要入入射射光光的的能能量量E13.6 eV，原原子子就就能能吸吸收收对对于于实实物物粒粒子子与与原原子子作作用用使使原原子子激激发发时时，粒粒子子能能量量大大于于或等于能级差即可或等于能级差即可2量量子子数数为为n的的氢氢原原子子跃跃迁迁时时辐辐射射光光子子种种数数的的判判定定方法：方法：如如果果是是一一个个氢氢原原子子，向向低低能能级级跃跃迁迁时时辐辐射射光光子子的的可可能频率种数为能频率种数为(n1)如如果果是是一一群群氢氢原原子子，向向低低能能级级跃跃迁迁时时最最多多发发出出的的光光子种
13、数为子种数为Cn2.1在在卢卢瑟瑟福福进进行行的的粒粒子子散散射射实实验验中中，少少数数粒粒子子发发生生大角度偏转的原因是大角度偏转的原因是( )A正电荷在原子中是均匀分布的正电荷在原子中是均匀分布的B原原子子的的正正电电荷荷和和绝绝大大部部分分质质量量集集中中在在一一个个很很小小的的核核上上C原子中存在着带负电的电子原子中存在着带负电的电子D原子核中有中子存在原子核中有中子存在B【解析】【解析】粒子散射实验证明了原子的核式结构模型，卢粒子散射实验证明了原子的核式结构模型，卢瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域，
14、才有可能出现子中心的一个很小的区域，才有可能出现粒子的大角度粒子的大角度散射，选项散射，选项B正确正确2根据玻尔理论，在氢原子中量子数根据玻尔理论，在氢原子中量子数n越大，则越大，则( )A电子轨道半径越小电子轨道半径越小 B核外电子速度越小核外电子速度越小C原子能级能量越小原子能级能量越小 D原子的电势能越小原子的电势能越小B3氢原子的能级如图所示，已氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为知可见光的光子能量范围约为1.62 eV3.11 eV，下列说法错，下列说法错误的是误的是( )DA处于处于n3能级的氢原子可以能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离吸收任意频率的紫外
15、线，并发生电离B大大量量氢氢原原子子从从高高能能级级向向n3能能级级跃跃迁迁时时，发发出出的的光光具有显著的热效应具有显著的热效应C大大量量处处于于n4能能级级的的氢氢原原子子向向低低能能级级跃跃迁迁时时，可可能能发出发出6种不同频率的光种不同频率的光D大大量量处处于于n2能能级级的的氢氢原原子子被被h3.11 eV的的可可见见光光照射时，能发生电离照射时，能发生电离【解析】【解析】要使处于要使处于n3能级的氢原子电离，其光子的能级的氢原子电离，其光子的能量必须大于或等于能量必须大于或等于1.51 eV，而紫外线光子的能量大，而紫外线光子的能量大于于3.11 eV，故能使，故能使n3能级的氢原
16、子电离，能级的氢原子电离，A选项正选项正确；大量氢原子从高能级向确；大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的能级跃迁时，发出的光子在红外线区，故具有显著的热效应，光子在红外线区，故具有显著的热效应，B选项正确；选项正确；大量氢原子由大量氢原子由n4能级向低能级跃迁时，可能放出能级向低能级跃迁时，可能放出6种种不同频率的光，由以上分析可知，不同频率的光，由以上分析可知，C选项正确；要使选项正确；要使n2能级的氢原子电离至少需要能级的氢原子电离至少需要3.40 eV的能量，而的能量，而h3.11 eV的能量小于的能量小于3.40 eV，所以不能使它电离，所以不能使它电离，D选选项错误项错误B 【
17、解析】【解析】大量处于基态的氢原子吸收光子后，再发生跃大量处于基态的氢原子吸收光子后，再发生跃迁时只有三种频率的光谱，这说明是从迁时只有三种频率的光谱，这说明是从n3的能级向低的能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，能级跃迁，根据能量守恒有，h3h2h1，解得：，解得：321，选项，选项B正确正确【巩固基础】【巩固基础】*1有关氢原子光谱的说法正确的是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谱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
18、氢原子能级的能量差无关氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关BC【解析】【解析】氢原子光谱是线状光谱，说明了氢原子的能级氢原子光谱是线状光谱，说明了氢原子的能级是分立的，故是分立的，故A错误，错误，B、C正确；氢原子的光谱线频率正确；氢原子的光谱线频率可由可由hEmEn求得，可见求得，可见D错误错误. 2卢卢瑟瑟福福提提出出了了原原子子的的核核式式结结构构模模型型，这这一一模模型型建建立立的基础是的基础是( )A粒子的散射实验粒子的散射实验 B对阴极射线的研究对阴极射线的研究C天然放射性现象的发现天然放射性现象的发现 D质子的发现质子的发现A【解析】【解析】卢瑟福根据卢瑟福根据粒子的散射实
19、验的结果，提出原粒子的散射实验的结果，提出原子的核式结构模型，所以子的核式结构模型，所以A项正确项正确3图为卢瑟福和他的同事们做图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述错误的是四个位置时，观察到的现象描述错误的是( )CA在在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B在在B位位置置时时，相相同同时时间间内内观观察察到到屏屏上上的的闪闪光光次次数数比比在在A位位置时少得多置时少得多C在在C、D位置时，屏上观察不
20、到闪光位置时，屏上观察不到闪光D在在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少【解析】【解析】因为绝大多数粒子穿过金箔后仍然沿原来方因为绝大多数粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进，在向前进，在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，数最多，A正确；因为少数粒子穿过金箔后发生了较大正确；因为少数粒子穿过金箔后发生了较大偏转，在偏转，在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在比在A位置时要少得多，位置时要少得多，B正确；正确；粒子散射实验中有粒子散射实验中有极少数粒子偏转角
21、超过极少数粒子偏转角超过90，甚至接近，甚至接近180，在，在C、D位位置仍能观察到闪光，但次数极少置仍能观察到闪光，但次数极少. 所以所以C错误，错误，D正确正确. 4(2012江苏江苏)如图所示是某原子的能级如图所示是某原子的能级图，图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波为原子跃迁所发出的三种波长的光在下列该原子光谱的各选项中，长的光在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( )C【提升能力】【提升能力】5(2012四川四川)如图为氢原子能如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子级示意图的一部分，则氢原子( )A从从n4能级跃
22、迁到能级跃迁到n3能级能级比比从从n3能能级级跃跃迁迁到到n2能能级级辐辐射射出出电电磁磁波波的的波波长长长长B从从n5能能级级跃跃迁迁到到n1能能级级比比从从n5能能级级跃跃迁迁到到n4能级辐射出电磁波的波速大能级辐射出电磁波的波速大C处处于于不不同同能能级级时时，核核外外电电子子在在各各处处出出现现的的概概率率是一样的是一样的D从从高高能能级级向向低低能能级级跃跃迁迁时时，氢氢原原子子核核一一定定向向外外辐射能量辐射能量A【解析】【解析】因为因为E4E30.66 eVE3E21.89 eV，根据根据c和和EnEm得从得从n4能级跃迁到能级跃迁到n3能能级比从级比从n3能级跃迁到能级跃迁到n
23、2能级辐射出电磁波的波能级辐射出电磁波的波长长，选项长长，选项A正确；电磁波在真空中的传播速度都正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项相等，与光子的频率无关，选项B错误；氢原子的错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现的频的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现的频率越大，选项率越大，选项C错误；氢原子从高能级跃迁到低能错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量，选项级向外放出能量，
24、选项D错误错误6如图所示为氢原子的能级图如图所示为氢原子的能级图用大量能量为用大量能量为12.76 eV的光子照的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原射一群处于基态的氢原子，氢原子发射出不同波长的光波，其中子发射出不同波长的光波，其中最多包含有几种不同波长的光波最多包含有几种不同波长的光波( )A3种种 B4种种 C5种种 D6种种D7氢原子部分能级的示意图如图所示不同色光的光子能氢原子部分能级的示意图如图所示不同色光的光子能量如下表所示量如下表所示色光色光红红橙橙黄黄绿绿蓝靛蓝靛紫紫光子能量光子能量范围范围(eV)1.612002.002072.072142.142532.532762.763
25、10处处于于某某激激发发态态的的氢氢原原子子，发发射射的的光光的的谱谱线线在在可可见见光光范范围围内仅有内仅有2条，其颜色分别为条，其颜色分别为( )A红、蓝靛红、蓝靛 B黄、绿黄、绿C红、紫红、紫 D蓝靛、紫蓝靛、紫A【解析】【解析】原子发光时光子的能量等于原子能级差，先原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序，结合可分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序，结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和和2.55 eV的光子属于可见光并且属于红光和蓝靛的的光子属于可见光并且属于红光和蓝靛的范围，故答案为范
26、围，故答案为A.8氦氦原原子子被被电电离离出出一一个个核核外外电电子子，形形成成类类氢氢结结构构的的氦氦离离子子，已已知知基基态态的的氦氦离离子子能能量量为为E154.4 eV，氦氦离离子子的的能能级级示示意意图图如如图图所所示示，在在具具有有下下列列能能量量的的光光子子或或者者电电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )A42.8 eV(光子光子) B43.2 eV(电子电子)C41.0 eV(电子电子) D54.4 eV(光子光子)A【解析】【解析】离子吸收光子发生能级跃迁时，光子的能量必离子吸收光子发生能级跃迁时，光子的能量必须满足能级差值；
27、而吸收电子的能量发生跃迁时，只需须满足能级差值；而吸收电子的能量发生跃迁时，只需电子的能量大于能级差值即可，故选电子的能量大于能级差值即可，故选A.9大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在跃迁发生前这些原子分布在 激发态激发态能级上，其中最高能级的能量值是能级上，其中最高能级的能量值是 eV(基态基态能量为能量为13.6 eV)21.51【解析】【解析】由于氢原子基态能量为由于氢原子基态能量为13.6
28、 eV ，跃迁时放，跃迁时放出三种不同能量的光子，应在出三种不同能量的光子，应在2激发态由能级跃迁公激发态由能级跃迁公式式hEmEn可知最高能级的能量值为可知最高能级的能量值为12.0913.61.51 eV.10如图所示为氢原子最低的四如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子？有可能放出几种能量的光子？(2)在在哪哪两两个个能能级级间间跃跃迁迁时时，所所放放出出光光子子波波长长最最长长？波波长是多少？长是多少？1111氢氢原原子子基基态态能能量量E E1 113.6 13.6 eVeV，电电子子绕绕核核做做
29、圆圆周周运运动动的的半半径径r r1 10.530.5310101010 m m求求氢氢原原子子处处于于n n4 4的的激激发发态时；态时；(1)(1)原子系统具有的能量；原子系统具有的能量；(2)(2)电电子子在在n n4 4轨轨道道上上运运动动的的动动能能；( (已已知知能能量量关关系系E En nE E1 1， 半半 径径 关关 系系r rn nn n2 2r r1 1，k k 9.09.010109 9 N Nm m2 2/C/C2 2，e e1.61.610101919 C) C)(3)(3)若若要要使使处处于于n n2 2的的氢氢原原子子电电离离，至至少少要要用用频频率率多多大大的的电磁波照射氢原子？电磁波照射氢原子？( (普朗克常量普朗克常量h h6.636.6310103434 J Js)s)【再上台阶】【再上台阶】
