专题六：原子结构与能级跃迁

1、专题六：原子结构与能级跃迁设计人：周加明 2012年3月28日一、知识盘点1、电子的发现：汤姆生通过对阴极射线的研究，确定了射线的带电性质并通过实验巧妙地测出了 这种射线的比荷，确定了它是一种带负电的，质量很小的粒子，并把它命名为电子。汤姆生被称为 电子之父。电子的发出让人们认识到，原子还可以再分，电子是组成原子的一部分。2、核式结构模型的建立：卢瑟福通过对a粒子散射实验的研究，提出了核式结构模型，很好地解 释了实验现象，被人们所接受。a粒子散射实验：用a粒子(小粒子)轰击金原子(大原子)用电子显微镜观察发现，绝大 多数a粒子不偏转，有少数a粒子会发生偏转，极少数a粒子会发生大角度偏转甚至被弹

2、回。(为 什么用a粒子散射实验研究原子结构？原子结构无法直接观察到，要用高速粒子进行轰击，根据粒 子的散射情况分析判断原子的结构，而a粒子有足够的能量，可以穿过原子，并且利用荧光作用可 观察a粒子的散射情况，所以选取a粒子进行散射实验.)核式结构模型：原子由集中了全部正电荷和几乎全部质量的原子核及核外电子组成，原子直 径的数量级为10-iom，原子核直径的数量级为10-i5m。3、氢原子光谱：氢原子的光谱是一系列不连续的谱线，其中巴耳末系有四条谱线在可见光区域内。 原子光谱分析是鉴别物质的一种重要方法，原子光谱被称为原子的“指纹”。4、氢原子的能级结构与跃迁：玻尔的原子理论一一三条假设“定态假

3、设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动， 但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中电子绕核转动处于定态时不受该理 论的制约。“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时， 却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hv=Em-En。跃迁假设对发光(吸光)从微观(原子等级)上给出了解释。“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值， 必须满足mvr - - (n = 1,2,3K)。2兀轨道量子化假

4、设把量子观念引入原子理论，这是玻尔的原子理论之所以成功的根本原因。氢原子能级及氢光谱氢原子能级：原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。能级公式：E = E (E =13.6eV)；n n 211半径公式：r = n2r (r = 0.53 x 10顼 m)。（2）氢原子的能级图 （3）氢光谱 在氢光谱中，n=2,3,4,5,.向n=1跃迁发光形成赖曼线系;n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系；n=4,5,6,7.向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5,6,7,8.向n=4跃迁发光形成布喇开线系， 其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。几个重要的关系式_1 _

5、 13.6eV（1）能级公式 E =一 E = TOC o 1-5 h z n n 2 1n 2（2）跃迁公式hy = E - E*（3）半径公式r - n 2 r (r =0.53 x 10 -10 m)*（4）动能跟n的关系ke 2mv 2由 T = ynnn1 ke 21得 E = 2 mv 2 = _ 氐 _n,、，十 ke211*（5）速度跟n的关系v =次n mr ：r n2兀r:*(6)周期跟n的关系J =-n = J rn 3 * n 3n关系式（3）（4）（5）（6）只作了解，（5）（6）式与卫星运动类似。氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁此类问题可分为三种情况：（1）光

6、子照射氢原子，当光子的能量小于电离能时，只能满足光子的能量为两定态间能级差时才 能被吸收.（2）光子照射氢原子，当光子的能量大于电离能时，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一 部分用来使电子电离，另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能（3）当粒子与原子碰撞（如电子与氢原子碰撞）时，由于粒子的动能可全部或部分被氢原子吸收，故 只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差，就可以使原子受激发而向高能级跃迁二、典例分析例1在卢瑟福的a粒子散射实验中，有少数a粒子发生大角度偏转，其原因是（）原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上正电荷在原子中是均匀分布的原子中存在着带负电的电子原子只能

7、处于一系列不连续的能量状态中例2如图所示为氢原子的能级图，用光子能量为13. 07 eV的光照射一群处于基态的氢原 子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光最多有多少种？（）A.15B.10C.4D.1思考：若把本题中的“一群”改为“一个”，情况又如 何？例3图中画出了氢原子的4个能 级，并注明了相应的能量E处在 n=4的能级的一群氢原子向低能 级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为 2.22eV。在这些光波中。能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（）A.二种 B.三种 C.四种 D.五种2S.4CJ-0 S5T5I例4氢原子的核外电子从半径r的轨道跃迁到半径rb的轨道上，

8、已知r V、，则（）A原子要吸收光子，电子的动能增大，电势能增大。、&原子要放出光子，电子的动能减小，电势能减小。原子要吸收光子，电子的动能增加，电势能减小。原子要吸收光子，电子的动能减小，电势能增大。三、小试牛刀根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为入的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E等于（）A. EhB. E+C.ED. E+氢原子的基态能量为E。下列四个能级图，正确代表氢原子能级的是（）3、氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（）A.氢原子

9、的能量减小，电子的动能增加B.氢原子的能量增加，电子的动能增加C.氢原子的能量减小，电子的动能减小D.氢原子的能量增加，电子的动能减小4、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下，铬原子的 n=2能级上的电子跃迁到n= 1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子， 使之脱离原子，这种现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子已知铬原子的能级公式可简化表示为Ef一，式中n=1，2, 3表示不同能级，A是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是（）A.B.C.D.5、氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV3.11 eV.下列说法错误的是（）ng4 3 2 0-0 85-1.51-3.4-13 6处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同