原子的结构 能级汇总

1、2016年高考物理精品学案之原子的结构能级一、考纲要求二、知识网络内 容要求说明1.氢原子光谱I2.氢原子的能级结构、能级公式I3 .氢原子核的组成、放射性、原子核 的衰变、半衰期I4 .放射性同位素I5 .核力、核反应方程I6.结合能、质量亏损I7.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆I8 .放射性的防护I第1讲原子的结构能级一、考情直播考纲解读能力要求1.知道汤姆生发现电子同时提考向定位考纲对氢原子光谱、能级考纲内容氢原子光谱结构和能级公式均是I级要 求.本部分高考的热点是a粒 子散射实验和波尔理论，高考 中以选择题的形式出现.氢原子的能级结出枣糕模型构、能级公式2.知道a粒子散射实验及卢瑟福的

2、核式结构模型知道波尔的三条假设及对氢原子计算的两个公式和氢原子能级考点整合考点一卢瑟福的核式结构模型汤姆生在研究阴极射线时发现了，提出了原子的枣糕模型.a粒子散射实验a粒子散射实验是用a粒子轰击金箔，结果是穿过金箔后仍沿原来方向前进，发生了较大的偏转，极个别a粒子甚至.核式结构卢瑟福从行星模型得到启发，提出了原子的核式结构，这是一种联想思维核式结构：在原子的中心有一个很小的，叫原子核，原子的 都集中在原子核里，带在核外空间运动.由a粒子散射实验数据还可以估算原子核的大小，卢瑟福估算的结果是：原子核的大小的数量级在 以下.特别提醒：a粒子穿过金箔时，受到金原子核的库仑力作用，这个力是斥力，必然使

3、a粒子向远离 金原子核方向偏转，如图1所示的问题中：a粒子穿过金箔中的两个原子时，会受到这 两个原子的原子核的合力的作用，由于a粒子距离原子核A较近，受到的A的斥力较大， 故其合外力指向B原子核方向，其偏转轨迹应该是N.-直1粒子一原子核 图2例题1如图2所示，为a粒子散射实验的示意图，A点为某a粒子运动中离原子核最近的 位置，则该a粒子在A点具有最大的速度最大的加速度最大的动能最大的电势能【解析】a粒子在接近原子核的过程中受到原子核库仑排斥力的作用，这个力对a粒子做负功，使a粒子的速度减小，动能减小，电势能增大， 显然，正确选项应该为BD答案：BD【规律总结】本题考查的知识点有两条，一是a粒

4、子与原子核之间的库仑力，二是这个库仑 力做负功，距离原子核越近，库仑力越大.【例题2】.（2008年上海）1991年卢瑟福依据a粒子散射实验中a粒子发生了（选 填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型若用动能为1MeV的a粒子 轰击金箔，则其速度约为 m/s.（质子和中子的质量均为1.67X 10-27kg，1MeV=1XlQeeV）【解析】根据a粒子散射实验现象，a粒子发生了大角度散射.同时根据：E =-m v2得到v = ：% k 2 aV ma代入数据v =2 X1X106 X 1.6 X10-194 X 1.67 X10 - 27m / s = 6.9 x 106 m

5、/ s答案：大，6.9X106 【规律总结】一是电子伏特与焦耳之间的换算，1印=1.9x 10-19 J；二是a粒子的质量应该是两个中子和两个质子的质量和，即：ma = 4 x 1.67 x 10-27 kg .考点二波尔模型波尔的三条假设：1） 、能量量子化：原子只能处于一系列 状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫彳.对氢原子满足：E = 土E，其中E=-13.6eV2） 、轨道量子化：原子的 跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动 相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的.对氢原子满足：r = n2 其中= 0.53 x 10

6、-10m .3）、能级跃迁：原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种定态（设能量为E）时，它一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hv = E2 - E1.氢原子能级图：如图3所示nE （ev） TOC o 1-5 h z 40.2531.5123. 413. 6波尔理论的局限性波尔理论成功解释了氢原子光谱，但对其它原子光谱的解释则不成功，主要原因是波尔 理论过多的保留了经典物理理论.特别提醒：原子从低能级向高能级的跃迁：当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子的能量满足如=E2 - E1的跃迁条 件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁.（电离除外，比如光子能量为14eV 的

7、光子照射基态氢原子，会使基态的氢原子电离，电离后电子还具有 14eV-13.6eV=0.6eV 的初动能.）当电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两 定态能量之差，即可使原子受激发而向较高能级跃迁.原子从高能级向低能级的跃迁：当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为n（n-1）/2； 当一个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可产生的谱线条数为（n-1），若 氢原子的从高能级向某一确定的低能级跃迁，只能产生一条谱线【例题3】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中：原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大原子要放出光子，

8、电子的动能减小，原子的电势能减小原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大【解析】根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动能量越大，必须吸收一定 能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，选项B可先排除氢原e 2V 2子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即化一=m一，电子的动能r 2 r1ke 2气=万mv 2 =-，离核越远，即r越大时，电子的动能越小.由此又可排除选项A、C.电子在不同轨道之间跃迁时，整个原子系统电势能的变化可从两方面加以判断：根据库仑力做功的正负，库仑力做正功（电子从离核较

9、远的轨道被“吸”到离核较近 的轨道），电势能减小；库仑力做负功（电子从离核较近的轨道克服库仑力运动到离核较远 的轨道），电势能增加.根据各能级能量的关系：电子在离核不同距离的轨道上运动时，整个原子系统的总能 量等于电子绕核运动的动能和系统的电势能之和，即：En=Ekn+Epn,离核越远时（即量 子数n越大），原子系统的总能量En越大，而电子的动能Ekn越小，可见，系统的电势能 Epn 一定越大.所以，本题正确答案是D.答案：D【规律总结】量子化的氢原子能量的不连续的量子化的氢原子，量子数越大，电子离核越远，原子的总能量越大；量子数越小，电子 离核越近，总能量越小；在规定离核无穷远处的电势能为零

10、时，氢原子的总能量是负值.库仑力做的功等于电势能变化量的相反数.【例题4】.（2008年海南）质子和中于是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的.两个强作 用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）； 在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）.作为一个简单的模 型，设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系为：0,0VrVr1F = 一F , rWrWr 0 1 2 0,rrI2式中F0为大于零的常量，负号表示引力.用U表示夸克间的势能，令U0=F0（r2-r1），取无 穷远为势能零点.下列Ur图4示中正确的是图4答案：

11、B【解析】当两夸克之间的距离ri A r时，两夸克之间不存在相互作用力，引力的功为零，必有势能保持不变，由于取无穷远为零势能点，此时的势能应为负值.当二 r rb），在此过程中原子发出一系列频率的光子原子要吸收一系列频率的光子原子要吸收某一频率的光子原子要发出某一频率的光子答案：D【解析】氢原子的轨道与其量子数是一一对应关系，电子自一半径为ra的圆轨道自发地直 接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上（rarb），对应着电子从一种定态跃迁到另一种定态， 其量子数变小，显然为惟一一组量子数，应该放出一定频率的光子【规律总结】一个氢原子最多可以产生的谱线数是n-1条，但当原子的初、末状态确定时， 只能产生

12、一条谱线.二、高考热点探究关于a粒子散射实验及卢瑟福核式结构【真题1】卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有原子的中心有个核，叫做原子核原子的正电荷均匀分布在整个原子中原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里带负电的电子在核外绕着核旋转答案：A、C、D【名师指引】本题考查了卢瑟福核式结构的主要内容：原子的中心有个核，叫做原子核.原 子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，原子核的直径在10-im以下，原子内 大部分是空的，电子在核外绕着核高速旋转.新题导练1卢瑟福通过实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型.如果用带箭头的四条线a、b、c、d来表示a粒子在图5

13、所示的平 面示意图中运动的可能轨迹.请在图5中补充完成b和c两条a粒子运动的大致轨迹. TOC o 1-5 h z 关于氢原子跃迁时产生谱线的数目、光子能量、光子波9靠i长的计算心 HYPERLINK l bookmark288 o Current Document 1 -1.50【真题2】用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量、心再次进行规测，发现光谱线的数目原来增加了5条.用An表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高 后电子的能量.根据氢原子的能级图5可以判断，An和E - 5 的可能值为An=1，13.22cVVEV13.3

14、2cV图 5An=2，13.22eVVEV13.32eVAn=1，12.75cVVEV13.06cVAn=2，12.75cVVEV13.06cV答案：A、D【名师指引】当量子数为n时，产生的光子频率的个数为n(n-1)/2，可以列出下面的表格: TOC o 1-5 h z N1234567N(n-01361015211)/2由表格中可以发现光谱线的数目比原来增加了 5条所对应的量子数为n=2和n=4； n=6 和n=5，经检验，其他的量子数不存在光谱线的数目比原来增加了5条这一情况.显然，对于量子数为n=6和n=5, An=1，调高后电子的能量E大于E-E=13.22eV,而 51小于 E7-

15、E1=13.32eV,故 A 正确.同理:对于量子数为n=4和n=2, An=2,调高后电子的能量E大于E-E=12.75eV,而41小于E-E=13.06eV故D正确 51【新题导练2】氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为的光，从能级A跃迁到 能级C时，辐射出波长为气的光子，若七 气，则氢原子从能级B跃迁到C能级时，将 TOC o 1-5 h z （填辐射或吸收）光子，光子的波长为.【真题3】处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为人、人、力的123三种单色光，且人 人 人，则照射光的波长为123人1人1 +气+气人人CXXD 1 2D X/X2答案：D【名师指引】处于基

16、态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射三种波长的光子，说 明是从量子数n=3向低能级跃迁的.根据氢原子能级图，两能级差越大，发射的光子能量 越大，其波长越短.所以X3是由量子数n=3到量子数 n=1跃迁产生的.这样就要求处于基态的氢原子吸收了 入射光的能量跃迁到量子数n=3能级，所以，照射光的光子能量应该等于h = h + h-，选项D正确.XXX【新题导练3】图6示为氢原子的能级图，用光子能量 为13.07eV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有多少种？ TOC o 1-5 h z 151041三、抢分频道要求：每一讲配一个限时基础训练卷（活页装订），全部为基

17、础题，题量一般为10个题，排成一页；如果是各地的模拟 题，也要注明题的出处，可以是广东各地的，也可以是全国其他地方的.基础提升训练”一般46道题，能力提高训 练”一般34道题.总体难度在2014年版的基础上要有所降低，突出基础.限时基础训练卷（活页装订）基础提升训练能力提高训练限时基础训练（20分钟）班级 姓名 成绩在氢原子中，量子数n越大，则电子轨道半径越小核外电子速度越小原子的能量越小原子的电势能越小卢瑟福于1911年提出原子核式结构学说，下述观点不正确的是原子中绝大部分是空的，原子核很小电子在核外绕原子核旋转，库仑引力提供向心力原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里原子核的半径大

18、约是10-1。米卢瑟福a粒子散射实验的结果证明了质子的存在证明了原子核是由质子和中子组成的说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上说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动设氢原子的基态能量为。某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到 基态时，所 （填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为。玻尔在他的原子模型中所做的假设有原子处于定态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道运动相对应，所以电子的可能轨道分布是不 连续的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运动的

19、频率原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时核外电子受力减小原子的能量增大核外电子的动能减小核外电子的势能减小一群处于n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁，可能发射的谱线为 TOC o 1-5 h z 3条4条5条6条 对于基态氢原子，下列说法正确的是（）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能北京奥运会场馆建设中，大量采用环保新技术，如场馆周围的路灯用太阳能电池供电、洗浴热水能过太阳能集热器产生等.太阳能产生于太阳内部的核聚变，其反应方程是 A. 41 H4 He+2o eB. 14 N+4

20、 He直 O+1 H1217281C. 235 U+1 n 136 Xe+ 90 Sr+101 nD. 238 U234 Th+4 He9205438092902下列叙述中，符合历史事实的是A .汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子B .法拉第发现了电磁感应现象nE/eV8一 05-0.544-0.853-1.512-3.401题1C.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究发现了原子的核式结构D .牛顿总结出了万有引力定律并测出了万有引力常量基础提升训练如图所示，为氢原子的能级图，若用能量为10.5ev的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子：A、能跃迁到n=2的激发态上去B、能跃迁到n=3的激发

21、态上去C、能跃迁到n=4的激发态上去D、以上三种说法均不对右图是氢原子第1、2、3能级的示意图.处于基态的氢原子吸收了一个光子a后，从 基态跃迁到第3能级.然后该氢原子自发地放出一个光子b后，由第3能级跃迁到第2能级；接着又自发地放出一个光子c后，由第2 能级跃迁到第1能级.设a、b、c三个光子的频率依次为vv2、 v3,波长依次为入入2、入3,下列说法中正确的是12a、b、c三个光子都是可见光光子v =v +v入+七D. v1v2v 3已知氢原子的能级规律为 E1=-13.6eV E2=-3.4eV、E3 = -1.51eV、E 4=- 0.85eV .现用光子能量介于11eV12.5eV范

22、围内的光去照射一大群处于基态的氢原子， 则下列说法中正确的是A 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种B 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种C .激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有3种D .激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有2种下列观点正确的是用电磁波照射某原子，使它从能量为鸟的基态跃迁到能量为E2的激发态，电子动能减 小，原子电势能增大，原子能量不变用电磁波照射某原子，使它从能量为鸟的基态跃迁到能量为E2的激发态，则该电磁波 的频率等于（鸟-鸟）久原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量.氢原子的核外电子从n=4能级轨道向低能级轨道跃迁所辐

23、射的光子的频率最多有8种在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末线系.若一群氢原于自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最 多可发出 条不同频率的谱线.能力提升训练在卢瑟福的。粒子散射实验中，有极少数。粒子发生大角度偏转，其原因是（）A、原子的正电荷和绝大部分质量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、原子只能处于一系列不连续的能量状态中对于基态氢原子，下列说法正确的是（）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能

24、3、设氢原子的基态能量为E.某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到基 态时，所-（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为.4、原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验现象提出的？（）A、光电效应现象B、氢光谱实验C、a粒子散射实验D、阴极射线的有关现象5、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（）A、原子的能量增加，电子的动能减少B、原子的能量增加，电子的动能增加C、原子的能量减少，电子的动能减少D、原子的能量减少，电子的动能增加6、图为氢原子n=1，2, 3, 4的各个能级示意图.处于n=4能量状态的氢原子，当它向较低能级发生跃迁时，发出的光子能量可能为（）n

25、E/eV4-0.853-1.512-3.41-13.6题6A、2.55eVB、13.6eVC、12.75eV D、0.85eV一群处于基态的氢原子吸收了某种单色光光子后，能够向外辐射三种频率的光，这三 种频率的光的光子能量人别为E、E、E，其间关系为E E E .则氢原子所吸收的单色J、2、3，/、23 .光的光子能量E为（ ）A、E=E1B、E=E2C、E=E3D、E=E1+E2欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是：A、用10.2ev的光子照射B、用11ev的光子照射C、用14ev的光子照射D、用11ev的电子碰撞氢原子核外电子在第2条轨道和第3条轨道运动时，电子的动能之比Ek2：Ek

26、3=, 动量之比为p2：p3=，运动周期之比T： T=.氢原子的核外电子质量为m，电量为e，在离核最近的轨道上运动，轨道半径为r.（1）电子运动的动能Ek是多少？（2）电子绕核转动的频率f是多少？（3）氢原子核在电子轨道处产生的电场强度E为多大第十二章原子物理参考答案第1讲原子的结构能级一、考情直播考点参考答案：考点一：1.电子2.绝大多数a粒子；少数a粒子；被金箔反弹3.核；全部正电荷和几 乎全部质量；负电的电子4. 10-i4m TOC o 1-5 h z 考点二：1. 1)不连续的能量；定态2).不同能量状/态；轨道；3)辐射或吸收f/二、高考热点探究新题导练1：卢瑟福通过a粒子实验提出

27、了原子的核 :,壬式结构理论，离核越近的a粒子偏转角度越大，正对着原.三_史_X怜子核的射来的a粒子被原子核反弹，所以正确的轨迹图如一图所示. 对于c,最好是画出反弹的径迹与原来的径迹分离开，这 样可以看出a粒子被金原子核反弹；另外对于b，其散射角一定要大于a，否则是错误的.新题导练2. 甲 气，必有V YV2，即由能级A跃迁到能级C时发出的光子能量大， 光子的频率大，如图7所示，显然，由能级B跃迁到能级C时氢原子应该辐射一个光子，满足： TOC o 1-5 h z 一 c -h =气-.人Q1_ c -h E E Q2_ C -h E E (P3由Q-(p得：h h= E E Q人 人 c

28、b *21XX由Q Q解得：X = 1 23 X X新题导练3： B1 2限时基础参考答案答案：B【解析】在氢原子中，量子数n越大，则电子离原子核越远，其轨道半径越大，A错；依据e 2 v 21, e 2一 库仑力提供电子绕核运动的向心力k- m-，得到Ek = mv2 = k ，可见，轨道半径越大，其动能越小，速度越小，B错；根据E =136 eV，n越大，能量越大，C错； nn 2电子在远离核的过程中，库仑力做负功，电势能增加，量子数n越大，电子离原子核越远， 电势能越大，D正确.答案：D【解析】卢瑟福的原子核式结构内容为：原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核 里，电子在核外绕原子

29、核旋转，原子中绝大部分是空的，原子核的半径大约是10-15米，所 以正确答案为D答案：C【解析】卢瑟福是根据a粒子散射实验的结果提出原子的核式结构的，答案为C答案：辐射【解析】此=E - E所以人=心人 1E 一 E1答案:ABC【解析】熟记波尔三条假设的内容，可知ABC正确答案：D【解析】原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，库仑力增大，且 库仑力做正功，必有核外电子受力变大，原子能量变小，动能变大，势能变小，D正确答案：D【解析】一群氢原子向低能级辐射可能发射谱线为n(n-1)/2=6, D正确答案：ACD【解析】10.2eV刚好是n=1、n=2的能极差，而11eV不是

30、，由玻尔政府知A正确。基太氢 原子也能吸收14eV的光子而电离，电离后自由电子动能为0.4eV。它也可吸收动能为11eV 的电子的部分能量(10.2eV)，剩余0.8eV仍为原来电子所有。所以应选ACD。【答案】A【解析】只有A是核聚变方程；B是核的人工转变；C是核裂变；D是衰变【答案】AB【解析】略基础提升训练参考答案【答案】D(当光子的能量等于任意两个能级之间的能量差时，才能跃迁，题中所给的能 量10.5ev不等于任意两能级之差，所以不能跃迁)【答案】B【解析】只有b是可见光，三个光子的能量显然满足hv= hv2 + hv3，正确答案应为B【答案】AC【解析】只有n=1至n=3的能级差在光子的能量范围内，选A；吸收光子的能量后跃迁到n=3能级，可以产生3种光子，选C【答案】BC【解析】原子的量子数越大，总能量越大，A错、应选B； C是波尔假设中的一条，正确【答案】6【解析】属于巴尔末系的是从各能级跃迁到n=2,形成的，有两条属于巴尔末系，显然是从 n=3到n=2和n=4到n=2形成的，当氢原子从n=4向低能级跃迁时可以形成的光子