第16单元：量子理论初步、原子的核式结构

1、第16单元：量子理论初步、原子的核式结构一、黄金知识点：1、玻尔的原子模型；2、能级的概念；3、原子核式结构的发现；4、卢瑟福的原子模型。二、要点大揭密：（一）玻尔的原子模型理论： 1、定态理论：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态之中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但不向外辐射能量，这些状态叫做定态。 2、跃迁理论：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态之间的能量差决定，即：h= E初 E末 。 3、轨道量子化理论：原子的不同能量状态跟电子沿不同的轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。（二）氢原子

2、的能级的概念和跃迁1、氢原子的能级： 氢原子的能级公式为：En=，对应的轨道半径公式为rn = n2 r1 ，其中n称为量子数，只能取正整数，E1=13.6eV ，是基态能量的值；r1=0.53×10-10m ，是基态轨道半径的值。2、氢原子各定态的能量的值，为电子绕核运动的动能EK和势能EP的代数和，因为在选无穷远处的电势能为零的情况下，各定态的电势能均为负值，其大小总是大于同一定态的动能值，所以各定态的能量值均为负值，因此不能根据能级公式En=，得出氢原子各定态能量与n2成反比的结论。3、原子跃迁的条件：h= E初-E末只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，但光子

3、和原子作用而使原子电离时则不受此条件的限制。这是因为原子一旦电离，原子结构即遭破坏，因而不再遵守玻尔原子模型的理论。此外实物粒子与原子相互作用而使原子激发时，也不受上述条件的限制。【例题1】氢原子辐射出一个光子后，则：A、电子绕核旋转半径增大；B、电子的动能增大；C、氢原子的电势能增大；D、原子的能级值增大。【分析与解答】选B 由玻尔原子模型理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能减小。另由经典的电磁理论，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力。 K= m ， 所以EK= 。可见，电子运动半径越小，其动能

4、越大。氢原子放出光子，辐射出一定能量，所以原子的总能量减小。（三）原子核式结构的发现： 1、电子的发现：汤姆生发现电子，电子是原子的组成部分； 2、汤姆生原子模型（枣糕模型）：原子是一个球体，正电荷均匀分布，电子象枣糕里的枣子嵌在原子里。3、粒子散射实验： 实验结果：（1）绝大多数的粒子不发生偏转；（2）少数粒子发生较大的偏转；（3）极少数粒子发生大角度的偏转（甚至被反弹回来）。 实验结果与汤姆生模型推算出来的结果根本不符合。（四）卢瑟福原子模型（核式模型）：1、在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。2、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内。3、带负电的电子在核外空间里绕核旋转，原

5、子的核式结构可以圆满的解释粒子散射实验。4、原子和原子核的大小：原子的半径约为：10-10m； 原子核的大小约为10-1510-14m。（五）正确理解卢瑟福的原子核式结构与玻尔原子模型的关系： 卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子的核式结构学说，却与经典的电磁理论发生了矛盾。按照经典的电磁理论，电子绕核旋转是有加速度的（作圆周运动的物体有向心加速度），它要辐射电磁波，因而能量逐渐减小（电磁波是一种物质具有能量），最后电子将落到原子核上，这样原子就不可能是稳定的，这与实际情况不符。另外按照经典的电磁理论，大量原子发光的光谱是包含一切频率的连续光谱，这也与原子光谱的实际情况不符。 针对上述矛盾，玻尔认

6、为从宏观的现象总结出来的电磁理论不能应用于原子这样小的物体产生的微观现象，而提出了玻尔的原子理论，它的核心是量子化（即不连续变化） 玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，这是宏观领域里没有的，解决了上述两个矛盾（即原子的稳定性及辐射频率问题），因而圆满的解释了氢光谱的规律。但失败之处就在于仍然保留了过多的经典的物理理论，比如保留了电子在一定轨道上绕核做匀速圆周运动这种经典力学的概念；因而玻尔理论不能解释其它原子的光谱规律，它的出路就在于彻底与宏观理论决裂，建立真正适用于微观世界的理论。【例题2】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

7、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1×10-10m 。【分析与解答】选A、C 1、卢瑟福类比了行星运动模型，提出原子的核式结构模型，电子绕核运转所需的向心力由核对它的引力来提供。 2、既然核外还有电子，便不能说原子“全部质量”集中在原子核。三、好题解给你：（一）本课预习题：1、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

8、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。2、根据玻尔的原子理论，原子中的电子绕核运动的半径：A、可以取任意值；B、可以在某一范围内任意取值；C、可以取一系列不连续的任意值；D、是一系列不连续的饿特定值。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、对粒子散射实验装置描述正确的是：A、实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜；B、金箔的厚度对实验结果无影响；C、如果不用金箔而用铝箔就不能发生散射现象；D、实验装置放在空气中和真空中都可以。5

9、、粒子散射实验结果是：A、只有一小部分粒子穿过金箔而没有明显的偏转；B、大多数粒子的偏转角超过900，极少数达到1800；C、偏转角最大的也没有超过900；D、绝大多数粒子穿过金箔后，没有产生显著的偏转。参考答案：1、C 2、D 3 、ACD 4、A 5、D（二）基础题：1、一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发跃迁到另一半径为rb的轨道，已知ra>rb，则在此过程中：A、原子发出一系列频率的光子；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、原子要辐射某一定频率的光子。2、一个氢原子处于第3能级时，外面射来了一个波长为6.63×10-7m的光子，下列说

10、法中正确的是：A、氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子；B、氢原子被电离，电离后的动能约为0.36eV；C、氢原子被电离，电离后的动能为零；D、氢原子吸收光子，但不电离。3、从粒子散射实验结果出发推出的下述结论中正确的是：A、说明粒子速度很大；B、说明粒子质量比金原子质量还大；C、说明金原子内部大部分是空的；D、说明金原子也是个球体。参考答案：1、D 2、 B 3、C （三）应用题：1、氢原子的基态能量为-13.6 eV，当它刚好电离时，需吸收能量为_eV的光子，该光子的波长为_m（h = 6.63×10-34J.s）2、卢瑟福的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

11、；B、原子内部有一个很小的区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量；C、原子只能处于一系列不连续的能量状态之中；D、原子核是可分的。4321-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV3、如图所示，给出氢原子的最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子频率最多有_种，其中最小的频率为_。参考答案：1、136 ， 9.12×10-8 ；2、B 提示：卢瑟福发现质子，查德威克发现中子后人们才知道原子核是由质子和中子组成的，故答案A不选。答案C是玻尔的原子理论，故不选；天然放射现象揭示了原子核不是单一的微粒，而是可分的，故不选。3、6 ， 1.6×1014

12、 。（四）提高题：1、设氢原子的核外电子在基态绕核旋转，其半径为r，静电引力常量为K，电子质量为M，则电子绕核旋转时所相当的电流是：A、 ； B、 ； C、 ； D、 。2、氢原子的电子分别在第一、二、三条轨道上运动时，它们的运动半径之比为_，运动速度之比为_，周期之比为_，能量之比为_。3、根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，其原子的能量、电子的动能、电子的电势能各自如何变化？参考答案：1、C 2、分析与解答由公式rn=n2r1得r1：r2：r3 = 1：4：9 ， 又由电子所受的库仑力作为它绕核做匀速圆周运动的向心力得K= ， 因为vn=， 可见vn与量子数n成反比。 所

13、以v1：v2：v3 = = 6：3：2 周期T = = = 故T与n3成正比，所以T1：T2：T3 = 13：23：33 = 1：8：27 总能量En= - ， 所以E1：E2：E3 = 36：9：4 说明：题目中的能量指的是原子的能量，是电势能与电子动能之和，由公式：En= - 。3、分析与解答氢原子的电子由外层跃迁到内层轨道上时，电场力对电子做功，电子的电势能减小。由氢原子核对电子的库仑力提供电子绕核旋转所需的向心力，有：K= m且EK= ，r减小，电子的动能EK增加。在此过程中，氢原子要放出光子，从而总能量减小。（五）课后演武场：1、关于粒子散射实验装置，下列说法中正确的是：A、放射源、

14、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，ra>rb ，在此过程中：A、原子要发出一系列频率的光子；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

15、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；1234D、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-13.6eV，下列说法中正确的是：A、用波长为600nm的光照射时，可使稳定的氢原子电离；B、用光子能量为10.2eV的光照射时，可能使处于基态的氢原子的电离；C、氢原子可能向外辐射出11eV的光子；D、氢原子可能吸收能量为1.89eV的光子。8、在粒子散射实验中，_粒子穿过金箔后仍按原来的方向前进，_粒子发生了较大偏转，并且有_粒子偏转角超过了900，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到1800。9、一群氢原子处于n=3的激发态时，它可以辐射的光子的能量是_。10、在用粒子轰击金箔时，测得粒子与金核的最短距离约为2×10-14m ，已知金