第四章+章末提升+原子结构（课件）-新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案（教科版）

原子结构素养1

科学思维——氢原子能级及原子跃迁1．能级图中相关因素的说明因素意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3，…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级自发地向较低能级跃迁3．电离电离态：n＝∞，E＝0；基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(电离能)。n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV；如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。[典例1](多选)氢原子的部分能级示意图如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间。由此可推知，氢原子(

)A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光AD[解析]从高能级向n＝1的能级跃迁的过程中，辐射出的光子最小能量为10.20eV，频率大于可见光，波长小于可见光，A对；已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，从高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子的能量最大为3.40eV，B错；从高能级向n＝3能级跃迁时释放的光子的能量最大为1.51eV，频率低于可见光，C错；从n＝3能级向n＝2能级跃迁的过程中释放的光子的能量等于1.89eV，介于1.62eV到3.11eV之间，所以是可见光，D对。素养2科学态度与责任——原子跃迁在STSE中的应用一、北斗卫星星载氢原子钟[典例2]原子钟是利用原子跃迁产生固定频率的光进行计时的工具。2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成，而这些卫星都采用了星载氢原子钟。如图所示为氢原子的能级图，则(

)A．当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的B．当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子一定不能跃迁到激发态C．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子可以使逸出功为2.75eV的金属发生光电效应D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的电磁波的波长长[答案]

D

[解析]当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，故A错误；当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子可以吸收其中的10.2eV的能量，可能跃迁到激发态，故B错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子的能量为E＝E4－E2＝－0.85eV＋3.4eV＝2.55eV<2.75eV，所以不能使逸出功为2.75eV的金属发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量小，则辐射出的光子频率小，辐射出的电磁波波长长，故D正确。二、核磁共振成像[典例3]核磁共振成像(缩写为MRI)是一种人体不接触放射线，可进行人体多部位检查的医疗影像技术。基本原理是：外来电磁波满足一定条件时，可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能量，去掉外来电磁波后，吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来，形成核磁共振信号。关于人体内氢原子吸收的电磁波能量，正确的是(

)A．任何频率的电磁波氢原子均可吸收B．频率足够高的电磁波氢原子才吸收C．能量大于13.6eV的光子氢原子才能吸收D．氢原子只能吸收某些频率的电磁波[答案]

D[解析]根据玻尔理论可知，氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波然后才能发生跃迁，最后以电磁波的形式释放出来，选项D正确，A、B错误；氢原子吸收的能量等于氢原子能级的能级差，故应小于13.6eV，选项C错误。三、光刻机[典例4](多选)光刻机是生产芯片的核心设备，其作用主要是让光源发出的光通过物镜把设计好的电路图样打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上，将电路雕刻在上面。光的波长越小，能雕刻的尺寸越小，制造的芯片就越精密。目前世界上生产的光刻机主要是利用紫外线作为光源，紫外线的光子能量范围为3～124eV。如图所示为氢原子的能级图。现有一群处于n＝4能级的氢原子，下列说法正确的是(

)A．这群氢原子辐射的光中，有四种频率的光为紫外线B．这群氢原子辐射的光中，波长最长的光子能量为

0.66eVC．这群氢原子辐射的光中，能使光刻机雕刻尺寸最小的光子能量为12.75eVD．在光刻机的物镜和硅晶圆之间充满水，打在硅晶圆上的光的波长将变短[答案]

BCD[解析]根据能级跃迁知识，从n＝4能级跃迁到n＝3能级、从n＝4能级跃迁到n＝2能级以及从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量均小于3eV，而从n＝4能级跃迁到n＝1能级、从n＝3能级跃迁到n＝1能级以及从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量均大于3eV且小于124eV，所以这群氢原子辐射的光中，有三种频率的光为紫外线，故A错误；这群氢原子辐射的光中，当氢原子从n＝4能级向n＝3能级跃迁时，波长最长，此光子能量为E＝E4－E3＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV，故B正确；在氢原子辐射的光中，从n＝4能级跃迁到基态释放的光子能量最大，其波长最小，能使光刻机雕刻尺寸