《备考指南一轮 物理 》课件-第12章 第2讲

原子与原子核第十二章第2讲原子结构能级【备考指南】1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.栏目导航01知识梳理回顾03核心素养提升02要点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．汤姆逊的“枣糕”模型(1)1897年__________发现电子，提出原子的“枣糕”模型，揭开了人类研究原子结构的序幕．(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷________分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里．一卢瑟福核式结构模型汤姆逊均匀2．卢瑟福的核式结构模型(1)α粒子散射实验的结果：____________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但______α粒子发生了大角度偏转，________α粒子的偏转超过了90°，有的甚至弹回．(2)卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫________，原子的所有________和几乎____________都集中在原子核里，带负电的______在核外绕核旋转．(3)原子核的尺度：原子核直径的数量级为________m，原子直径的数量级约为________m.绝大多数少数极少数原子核正电荷所有质量电子10－15

10－10

【对点小练】1．(2020届上海名校二模)在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数的粒子发生了大角度的偏转，其原因是(

)A．原子是不可再分的B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中有带负电的电子，电子会对粒子有引力作用D．原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上【答案】D【解析】阴极射线的发现，说明原子是可再分的，选项A错误．α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的1/7300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变．α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小．选项D正确，B、C错误．【对点小练】1．(2019年沈阳期末)太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线．产生这些暗线是由于(

)A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素【答案】C【解析】太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气的时候，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱．所以太阳光的光谱中有许多暗线．它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线．选项C正确，A、B、D错误．1．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列________的能量状态中．在这些能量状态中原子是________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝________.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是__________，因此电子的可能轨道也是__________．三玻尔原子模型不连续稳定Em－En

不连续的不连续的2．几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级．(2)基态：原子能量________的状态．(3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态．(4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的__________．最低正整数－13.6

n2r1

5．氢原子的能级图氢原子的能级图如图所示．【对点小练】1．(2020届北京名校二模)关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是(

)A．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大B．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子C．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小D．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小【答案】C4．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，则关于氢原子判断正确的是(

)A．吸收光子，能量增加 B．吸收光子，能量减少C．放出光子，能量增加 D．放出光子，能量减少【答案】D【解析】氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，原子能量减小，向外辐射光子，辐射的光子能量等于两能级间的能级差，故D正确，A、B、C错误．5．处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(

)A．1种 B．2种C．3种 D．4种【答案】C【解析】大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子的频率有C＝3种．选项C正确，A、B、D错误．要点各个击破2要点1α粒子散射实验及原子核式结构模型1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射实验．1．实验装置如图所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仑斥力，一些α粒子穿过金箔后改变了运动方向．这种现象叫做α粒子散射．荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目．全部设备装在真空中．2．α粒子散射实验结果绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，极少数偏转角超过90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°.3．现象解释认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中在一个很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响；只有少数α粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转．例1

(2020届淮北名校期末)上面实验装置是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置．下列关于该实验的描述错误的是(

)A．α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成B．α粒子的散射实验揭示了原子核有复杂的结构C．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后没有发生散射D．α粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部结构的信息 α粒子散射实验的现象为：α粒子穿过原子时，只有当α粒子与核十分接近时才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很小，所以只有极少数大角度偏转，而绝大多数基本按直线方向前进．【答案】B【解析】当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核．离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小；只有当α粒子与核十分接近时才会受到很大库仑斥力．而原子核很小，所以α粒子接近它的机会很少，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进．α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成，选项A正确．α粒子的散射实验揭示了原子具有复杂的核式结构，选项B错误．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后不发生散射，选项C正确．α粒子从金原子内部出来后携带了原子内部的信息，选项D正确．练1

如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点．在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(

)A．M点 B．N点C．P点 D．Q点【答案】C【解析】α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C正确．要点2对氢原子各能级的能量关系的理解1．原子能量：En＝Ekn＋Epn＝，En随n增大而增大，其中E1＝－13.6eV.2．电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k＝m，所以Ekn＝k，Ekn随r增大而减小．【答案】C练2

氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？【答案】(1)13.6eV

(2)－27.2eV

(3)9.14×10－8m1．原子从低能级向高能级跃迁的能量情况：吸收一定能量的光子．当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁．而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．2．原子从高能级向低能级跃迁的能量情况：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差．3．电离时的能量：当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时，可以被氢原子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能．要点3氢原子的跃迁条件与规律1．原子跃迁的条件(1)原子跃迁条件hν＝Em－En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．(2)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．2．跃迁中两个易混问题(1)一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种．但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了．(2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的．直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和．【答案】A【解析】这群氢原子能辐射出C＝3种不同频率的光子，选项A正确；波长最长的辐射光对应着能级差最小的，则是氢原子从n＝3能级跃迁到能级n＝2能级产生的，选项B错误；辐射光子的最小能量是从n＝3到n＝2的跃迁，能量为(－1.51)eV－(－3.4)eV＝1.89eV，选项C错误；处于该能级的氢原子至少需吸收1.51eV能量的光子才能电离，选项D错误．核心素养提升3玻尔理论的理解1．轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、分立的数值．模型中保留了卢瑟福的核式结构，但玻尔认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053nm，其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm……不可能出现介于这些轨道之间的其他值．例1根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径(

)A．可以取任意值B．可以在某一范围内取任意值C．可以取一系列不连续的任意值D．是一系列不连续的特定值【