高中物理选修

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) 研究阴极射线用测定粒子比荷的方法研究阴极射线用测定粒子比荷的方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)汤姆孙原子模型：原子里面带汤姆孙原子模型：原子里面带 的物质的物质均匀分布在整个原子球体中，而均匀分布在整个原子球体中，而 则一则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

2、电的电子一、原子结构一、原子结构 (2)粒子散射实验现象：粒子散射实验现象： 多数多数粒子穿过金箔后基粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，本上仍沿原来的方向前进， 粒子穿过金箔后发生粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，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 在核外绕核旋转由在核外绕核旋转由粒子散射实验的数据估算出原粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级为子核半径的数量

3、级为 m，而原子半径的数量级为，而原子半径的数量级为 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)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，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)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，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，即原子的能量是的这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定

4、态的这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，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，其的状态叫基态，其他能量他能量(相对于基态相对于基态)较高

5、的状态叫激发态较高的状态叫激发态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级图中的横线表示氢原子可能的能量状态能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定定态态横线左端的数字横线左端的数字“1、2、3”表示量子数，右端的表示量子数，右端的数字数字“13.6，3.4，”表示氢原子的能级表示氢原子的能级相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越

6、大，相邻的能级差越小大，相邻的能级差越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：原子跃迁条件为：hEmEn.特别提醒特别提醒：能级越高，量子数越大，轨道半径越大，：能级越高，量子数越大，轨道半径越大，电子的动能越小，电势能越大，原子的能量肯定随能电子的动能越小，电势能越大，原子的能量肯定随能级的升高而变大级的升高而变大例例1 英国物理学家卢瑟福和他的助手做英国物理学家卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：实验，获得了重要发现：(1)关于关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的是粒子散射实验的结果，下列说

7、法正确的是()A证明了质子的存在证明了质子的存在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证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里在一个很小的核里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()【解析【解析】(1)粒子散射实验发

8、现了原子内存在一个集中粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，对，A、B错玻尔发现了电子轨道量子化，错玻尔发现了电子轨道量子化，D错错(2)粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，当正好击中原子核离核越近，斥力越大，偏转越明显，当正好击中原子核时，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

9、：氢原子能级跃迁问题例例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n1)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()A13.6 eV B12.75 eV C10.2 eV D12.09 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，h2E2

10、E1，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)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当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一个光子的能量满足hE末末E初初时，才能被

11、某一个原子时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级吸收，使原子从低能级E初初向高能级向高能级E末末跃迁，而当光子能跃迁，而当光子能量量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)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能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，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量差(3)原子跃迁条件原子跃迁条件hEmEn只适用于光子和原子作用而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对于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况对于光子和原子作用而使

12、原子电离时，只要入射光的能量使原子电离时，只要入射光的能量E13.6 eV，原子就能，原子就能吸收对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量吸收对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可大于或等于能级差即可2量子数为量子数为n的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定方法：方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时辐射光子的可如果是一个氢原子，向低能级跃迁时辐射光子的可能频率种数为能频率种数为(n1)如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子种数为子种数为Cn2.1在卢瑟福进行的在卢瑟福进行的粒子散射实验

13、中，少数粒子散射实验中，少数粒子发生粒子发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原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上上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，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

14、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线，并发生电离B大量氢原子从高能级向大量氢原子从高能级向n3能

15、级跃迁时，发出的光能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应具有显著的热效应C大量处于大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出发出6种不同频率的光种不同频率的光D大量处于大量处于n2能级的氢原子被能级的氢原子被h3.11 eV的可见光的可见光照射时，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

16、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选项错误选项错误B 【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

17、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【夯实基础【夯实基础】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B

18、C【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卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立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

19、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位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在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

20、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位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，次数最多，A正确；因为少数粒子穿过金箔后发生了正确；因为少数粒子穿过金箔后发生了较大偏转，在较大偏转，在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在光次数比在A位置时要少得多，位置时要少得多，B正确；正确；粒子散射实粒子散射实验中有极少数粒子偏转角超过验中有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

21、置仍能观察到闪光，但次数极少位置仍能观察到闪光，但次数极少. 所以所以C错误，错误，D正确正确. 4可见光光子的能量在可见光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范围内若范围内若氢原子从高能级跃迁到低能氢原子从高能级跃迁到低能级，根据氢原子能级图级，根据氢原子能级图(如图所示如图所示)可判断可判断( )A从从n4能级跃迁到能级跃迁到n3能级时能级时发出可见光发出可见光B从从n3能级跃迁到能级跃迁到n2能级时发出可见光能级时发出可见光C从从n2能级跃迁到能级跃迁到n1能级时发出可见光能级时发出可见光D从从n4能级跃迁到能级跃迁到n1能级时发出可见光能级时发出可见光B【解析【解析】发出可见光的能

22、量发出可见光的能量h|EnEm|，故四个选项，故四个选项中，只有中，只有B选项的能级差在选项的能级差在1.61 eV3.10 eV范围内，故范围内，故B选项正确选项正确【能力提升【能力提升】5氢原子从能级氢原子从能级B跃迁到能级跃迁到能级A吸收频率为吸收频率为1的光子，从的光子，从能级能级A跃迁到能级跃迁到能级C释放频率为释放频率为2的光子，若的光子，若21，则当，则当它从能级它从能级B跃迁到能级跃迁到能级C时，将时，将( )A放出频率为放出频率为21的光子的光子B放出频率为放出频率为21的光子的光子C吸收频率为吸收频率为21的光子的光子D吸收频率为吸收频率为21的光子的光子A【解析】依题意可

23、知：【解析】依题意可知：h1EAEB，h2EAEC ，由于，由于21可知可知EBEC；当它从能级；当它从能级B跃迁到能级跃迁到能级C时应释放频率时应释放频率为为光子：光子：hEBEC h2h1 ，即，即21，A正确正确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氢原子部分能级的

24、示意图如图所示不同色光的光子能量如下表所示能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)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围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

25、，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，故答案为范围，故答案为A.8氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为离子，已知基态的氦离子能量为E154.4 eV，氦离，氦离子的能级示意图如图所示，在具有下列能量的光子或者子的能级示意图如图所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是电子中，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；而吸收电子的能