高考物理讲义选修3-5第5讲：原子结构 (学生版)

1、原子结构_1.理解粒子散射现象和波尔原子理论。2.学会分析原子模型并能够解决相关问题。原子的核式结构1粒子散射现象绝大多数粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到1802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的电子数原子的半径大约是_，原子核的大小约为_玻尔的原子模型1玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原

2、子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的贡献，就是成功解释了经典理论无法解释的这些问题玻尔假说的核心，是引入了量子化理论，从而找到了描绘微观世界的一条重要规律2玻尔假说的内容：（1）轨道量子化：_（2）能量状态量子化；原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量（3）跃迁假说：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量_氢原子能级氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定其他能级叫激发态原

3、子光谱及应用1原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的波组成，又叫原子光谱2原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质成分电子云玻尔模型引入了量子化观点，但不完善在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”=1+1alb类型一：粒子的散射规律例1.在粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列的哪些说法是正确的a粒子一直受到金原子核的斥力作用b粒子的动能不断减小c粒子的电势能不

4、断增大d粒子发生散射，是与电子碰撞的结果解析：粒子一直受到原子核的斥力作用，动能先减小后增大，电势能先增大后减小粒子的质量m远大于电子质量m（m41837me），与电子相碰后运动状态基本保持不变所以，应选答案a答案：a类型二:氢原子能级及计算例2.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是ea、eb、ec和a、b、c，则bac1llcbacebeaec以上关系正确的是+hc又因为hlc得，ab解析:由玻尔理论知，ebeaec，cc=hllbac只有dc1lb=1la+1l故对，选b答案:b类型三：

5、氢原子模型综合问题例3.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是a.电子绕核旋转的半径增大b电子的动能减少c氢原子的电势能增大d氢原子的能级减小解析:氢原子辐射出一个光子是由绕核运转的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的，即由高能级1向低能级跃迁产生的，故a、c错d对由ke2/rn2mvn2/rn得：ekn2mvn2ke2/2rn，b错答案:d类型四：氢原子能级计算问题r例4.已知氢原子基态的电子轨道半径为10.531010m，基态的能级值为e113.6ev（1）有一群氢原子处于量子数n3的激发态画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线（2）计算这几条光谱线中最长的

6、波长解析:（1）由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如能级图1512中所示（2）三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n3的能级跃迁到n2的能级设波长为，由cle3e294hc6.6310-343108=e-e-13.613.632(+)1.610-19得m答案：6.58107m6.58107m基础演练1对粒子散射实验装置的描述（）主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜金箔的厚薄对实验无影响如果改用铝箔就不能发生散射现象实验装置放在真空中以上说法正确的是abcd2在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒子发生

7、大角度偏转，其原因是（）a原子的绝大部分质量和全部正电荷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原子只能处在一系列不连续的能量状态中3氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出（）a射线b红光c黄光d紫光4.如图所示为粒子散射实验中粒子穿过某金属原子核附近时的示意图,a、b、c三点分别位于两个等势而上,则下列说法中正确的是()a.粒子在a处的速度比在b处的速度小.b.粒子在b处的速度最大.c.粒子在a、c处的速度相同.d.粒子在b处的速度比在c处的速度小.5.氢原子的核外电子绕核旋转时,它所受的力主要是(a.库仑引力

8、b.库仑斥力c.万有引力d.库仑力和万有引力)6.在粒子散射实验中,我们并没有考虑粒子跟电子的碰撞,这是由于(a.粒子并不跟电子作用.b.粒子跟电子相碰时,损失的能量很少,可忽略.c.电子的体积实在太小,粒子碰不到.d.由于电子是均匀分布的,粒子受电子的合力为零.7欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（）用10.2ev的光子照射用11ev的光子照射用14ev的光子照射用11ev的电子碰撞)abcd8用经典的电磁理论解释卢瑟福的原子核式结构，会产生的错误结论是：（1）_，（2）_9玻尔模型给出氢原子核外电子的两个可能轨道的半径之比为r1r214，则两轨道上电子的周期之比t1t2_，线速度大

9、小之比为_10玻尔模型给出氢原子核外电子的两个可能轨道的半径之比为r1r214，则两轨道上电子的周期之比t1t2_，线速度大小之比为_巩固提高1.卢瑟福的a粒子散射实验结果表明了（）a原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电b某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核c原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷d电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破2.氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62ev3.11ev.下列说法错误的是（）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

10、，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能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光3.如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子若用这些光照射逸出功为2.49ev的金属钠，则下列说法正确的是（）a这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=2发出的光波长最短b这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最高c金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11evd金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60ev

11、4.氢原子在最低的三个能级之间跃迁时,发射出来的光子频率分别为31、32、21,剥应的波长分别为31、32、21,则下列关系式中,正确的有()a.31=32+21b.1n31=1n32+1n21c.31=32+21d.1n31=1n32+1n215.要使一个中性锂原予的最外层的电子脱离锂原子所需的能量是539ev,要使一个中性氟原子结合一个电子形成一个氟离子所放出的能量为351ev,则将一个电子从锂原子转移到氟原子所需提供的能量为_ev.6.用一束光子去激发处于基态的氢原子,氢原子吸收了光子后刚好发生电离，已知e1=-136ev,求这束光子的频率.7.氖原子基态的轨道半径为53x10-11m,

12、基态能量为e1=-13.6ev,将该氢原子置于静电场中使其电离,则静电场电场强度至少为多少?静电场提供的能量至少为多少?8.下列关于玻尔原子理论的观点解释中,不正确的是()a.原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量.b.在原子中,虽然电子不断地做加速运动,但只要能量状态不改变,就不会向外辐射能量.c.原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射出一定频率的光子.d.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨道是不连续的.9.氢原子从激发态跃迁到基态,则核外电子()a.电势能减小,动能减少,周期增大.b.电势能减小,动能增大,周期减小.c.电势能的减小值小于动能的增加

13、值.d.电势能的减小值等于动能的增加值.10.在粒子轰击金箔时,极个别粒子甚至会发生原路返回的情况,因为粒子接近金原子核时受到的力是_力,可算出粒子与金原子核的最短距离约为2x10-14m.已知金原于的相对原子质量为197,由此可估算出金原子核的密度约为_kgm3.(保留一位有效数字)1.下列对原子结构的认识中，正确的是：（）a.原子中绝大部分是空的，原子核很小；b.原子的全部正电荷和全部的质量都集中在原子核上；c.电子在核外旋转，原子核对电子的库仑力提供向心力；d.原子核的半径大约为110-10m。2.下面关于玻尔原子理论的观念解释不正确的是：（）a.原子只能处于一系列不连续的状态之中，每个

14、状态都对应一定的能量；b.原子中，虽然电子在不断的做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量；c.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子；d.原子的每一个能量状态都对应有一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的。3.根据玻尔理论，氢原子中，量子数n越大，则以下说法中正确的是：（）a.电子轨道半径越大；b.核外电子的速率越大；c.氢原子能级的能量越大；d.核外电子的电势能越大。4（2015东城一模）一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级，该氢原子（）a放出光子，能量增加b放出光子，能量减少c吸收光子，能量增加d吸收光子，能量减少5(2015石景山一模)普朗克在1900年将

15、“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是（）a人的个数b物体所受的重力c物体的动能d物体的长度6(2015顺义一模)根据玻尔理论，氢原子由基态向激发态跃迁时（）a辐射能量，能级升高b.辐射能量，能级降低c吸收能量，能级升高d.吸收能量，能级降低7.处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射只发射波长为l,l,l的三种单色光，且lll，123123则照射光的波长为（）1bl+l+lcl2l3dl1l2al123ll2+3ll1+28.如图所示为氢原子的四个能级，其中e为基态，若氢原子a处于激发态e，氢原子b处于激发态12e，则下列说法正确的是（）3a.原子

16、a可能辐射出3种频率的光子b.原子b可能辐射出3种频率的光子c.原子a能够吸收原子b发出的光子并跃迁到能级ed.原子b能够吸收原子a发出的光子并跃迁到能级e449.现有l200个氢原子被激发到一量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是（假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的a2200b20001n-1）（）c1200d240010.氢原子核外电子质量为m,绕核运动的半径为r,绕行方向如图所示,则电子在该轨道上运动的速度大小为_,假设核外电子绕核运动可等效为一环形电流,则这一等效电流的值为_若在垂直电子

17、轨道平面加上一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面,则电子绕核运动的轨道半径将_._1.关于粒子散射实验装置，下列说法中正确的是：（）a.放射源、金箔、荧光屏和显微镜都放在没有尘埃的洁净的空气中；b.荧光屏和显微镜能围绕金箔在一个圆周上转动；c.若将金箔改为银箔就不可能发生散射现象；d.金箔的厚度不会影响实验结果。2.粒子散射实验首次证明了：（）a.粒子带正电；b.电子是原子的组成部分；c.原子是一个正、负电荷均匀分布的球体；d.原子中带正电的部分体积很小。3.按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一条半径为ra的圆轨道自发的直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，rarb，在此过程中：（）a.原子要发出一系

18、列频率的光子；b.原子要吸收一系列频率的光子；c.原子要吸收某一频率的光子；d.原子要发出某一频率的光子。4.在粒子散射实验中，当粒子最接近金核时：（）a.粒子动能最小；b.粒子受到的库仑力最大；c.粒子电势能最小；d.粒子动能变化量最小。5.玻尔在他的原子模型中所做的假设有：（）a.原子处于成为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量；b.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的；c.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射或吸收一定频率的光子；d.电子跃迁时辐射的光子的频率等于绕核做圆周运动的频率。6.当粒子被重核散射时，右图中的路径哪些使有可能的？（）a.1；b.2；c.3；d.4。7.已知氢原子的基态的能级为