新高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu)導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修35.doc

第十八章 原子結(jié)構(gòu)一、對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)及核式結(jié)構(gòu)模型的理解1實(shí)驗(yàn)結(jié)果：粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)；少數(shù)粒子有較大的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角達(dá)到180.2核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)：在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)3原子核的組成與尺度(1)原子核的組成：由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核中的質(zhì)子數(shù)(2)原子核的大?。簩?shí)驗(yàn)確定的原子核半徑的數(shù)量級(jí)為1015 m，而原子的半徑的數(shù)量級(jí)是1010 m因而原子內(nèi)部十分“空曠”例1關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，下列說(shuō)法正確的是()a絕大多數(shù)粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明正電荷在原子內(nèi)均勻分布，使粒子受力平衡的結(jié)果b絕大多數(shù)粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明這些粒子未受到明顯的力的作用，說(shuō)明原子內(nèi)大部分空間是空的c極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子內(nèi)質(zhì)量和電荷量比粒子大得多的粒子在原子內(nèi)分布空間很小d極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子內(nèi)的電子對(duì)粒子的吸引力很大解析在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明這些粒子未受到原子核明顯的力的作用，也說(shuō)明原子核相對(duì)原子來(lái)講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故a錯(cuò)，b對(duì)；極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明會(huì)受到原子核明顯的力的作用的空間在原子內(nèi)很小，粒子偏轉(zhuǎn)而原子核未動(dòng)，說(shuō)明原子核的質(zhì)量和電荷量遠(yuǎn)大于粒子的質(zhì)量和電荷量，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子的質(zhì)量，粒子打在電子上，不會(huì)有明顯偏轉(zhuǎn)，故c對(duì)，d錯(cuò)答案bc二、對(duì)玻爾原子模型及原子能級(jí)躍遷的理解1玻爾原子模型(1)原子只能處于一系列能量不連續(xù)的狀態(tài)中，具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫做定態(tài)，能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)(2)頻率條件當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(en)時(shí)會(huì)放出能量為h的光子，則：hemen.反之，當(dāng)電子吸收光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子能量同樣由頻率條件決定(3)原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)電子的不同運(yùn)行軌道2氫原子能級(jí)躍遷(1)氫原子的能級(jí)原子各能級(jí)的關(guān)系為：en(n為量子數(shù)，n1,2，3，)對(duì)于氫原子而言，基態(tài)能級(jí)：e113.6 ev.(2)氫原子的能級(jí)圖氫原子的能級(jí)圖如圖1所示圖1例2已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑為r10.5281010 m，量子數(shù)為n的能級(jí)為en ev.(1)求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能；(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n3的激發(fā)態(tài)，畫(huà)一張能級(jí)圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出的光譜線(3)計(jì)算這幾種光譜線中最短的波長(zhǎng)(靜電力常量k9109 nm2/c2，電子電荷量e1.61019 c，普朗克常量h6.631034 js，真空中光速c3108 m/s)解析(1)核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，庫(kù)侖引力提供向心力，則，又知ekmv2，故電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為：ek j2.181018 j13.6 ev.(2)當(dāng)n1時(shí)，能級(jí)為e1 ev13.6 ev.當(dāng)n2時(shí)，能級(jí)為e2 ev3.4 ev.當(dāng)n3時(shí)，能級(jí)為e3 ev1.51 ev.能發(fā)出的光譜線分別為32、21、31共3種，能級(jí)圖如圖所示(3)由e3向e1躍遷時(shí)發(fā)出的光子頻率最大，波長(zhǎng)最短he3e1，又知，則有 m1.03107 m.答案見(jiàn)解析三、原子的能級(jí)躍遷與電離1能級(jí)躍遷包括輻射躍遷和吸收躍遷，可表示如下：高能級(jí)em低能級(jí)en.2當(dāng)光子能量大于或等于13.6 ev時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 ev時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能3原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)由于實(shí)物粒子的動(dòng)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兩能級(jí)的能量差(eemen)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷例3如圖2所示，a、b、c分別表示三種不同能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子由圖可以判定()圖2a用波長(zhǎng)為600 nm的x射線照射，可以使穩(wěn)定的氫原子電離b用能量是10.2 ev的光子可以激發(fā)處于基態(tài)的氫原子c用能量是2.5 ev的光子入射，可以使基態(tài)的氫原子激發(fā)d用能量是11.0 ev的外來(lái)電子，可以使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)解析“穩(wěn)定的氫原子”指處于基態(tài)的氫原子，要使其電離，光子的能量必須大于或等于13.6 ev，而波長(zhǎng)為600 nm的x射線的能量為eh6.631034 ev2.07 ev13.6 ev，a錯(cuò)誤因ee2e1(3.4) ev(13.6) ev10.2 ev，故10.2 ev的光子可以使氫原子從基態(tài)躍遷到n2的激發(fā)態(tài)，b正確；2.5 ev的光子能量不等于任何其他能級(jí)與基態(tài)的能級(jí)差，因此不能使氫原子發(fā)生躍遷，c錯(cuò)誤；外來(lái)的電子可以將10.2 ev的能量傳遞給氫原子，使它激發(fā)，外來(lái)電子還剩余11.0 ev10.2 ev0.8 ev的能量，d正確答案bd針對(duì)訓(xùn)練一個(gè)氫原子處于基態(tài)，用光子能量為15 ev的電磁波去照射該原子，問(wèn)能否使氫原子電離？若能使之電離，則電子被電離后所具有的動(dòng)能是多大？答案能1.4 ev解析氫原子從基態(tài)n1被完全電離至少需要吸收13.6 ev的能量所以15 ev的光子能使之電離，由能量守恒可知，完全電離后還剩余動(dòng)能ek15 ev13.6 ev1.4 ev.1(對(duì)核式結(jié)構(gòu)模型的理解)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子最接近金原子核時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()a動(dòng)能最小b電勢(shì)能最小c粒子和金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小d加速度最小答案a解析在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子接近金原子核時(shí)，金原子核對(duì)粒子的作用力是斥力，對(duì)粒子做負(fù)功，電勢(shì)能增加，動(dòng)能減小，當(dāng)粒子離金原子核最近時(shí)，它們之間的庫(kù)侖力最大，粒子的動(dòng)能最小由于受到的金原子核外電子的作用相對(duì)較小，與金原子核對(duì)粒子的庫(kù)侖力相比，可以忽略，因此只有庫(kù)侖力做功，所以機(jī)械能和電勢(shì)能整體上是守恒的，故系統(tǒng)的能量可以認(rèn)為不變綜上所述，正確選項(xiàng)應(yīng)為a.2(對(duì)氫原子能級(jí)躍遷的理解)如圖3所示是玻爾理論中氫原子的能級(jí)圖，現(xiàn)讓一束單色光照射一群處于基態(tài)的氫原子，受激發(fā)的氫原子能自發(fā)地輻射出三種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為()圖3a13.6 ev b12.09 evc10.2 ev d3.4 ev答案b解析受激發(fā)的氫原子能自發(fā)地輻射出三種不同頻率的光，說(shuō)明激發(fā)的氫原子處于第3能級(jí)，則照射氫原子的單色光的光子能量為ee3e112.09 ev，故b正確3(原子的能級(jí)躍遷和電離問(wèn)題)氫原子能級(jí)的示意圖如圖4所示，大量氫原子從n4的能級(jí)向 n2 的能級(jí)躍遷時(shí)輻射出可見(jiàn)光a，從n3的能級(jí)向n2的能級(jí)躍遷時(shí)輻射出可見(jiàn)光b，則()圖4a可見(jiàn)光光子能量范圍在1.62 ev到2.11 ev之間b氫原子從n4的能級(jí)向n3的能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)輻射出紫外線ca光的頻率大于b光的頻率d氫原子在n2的能級(jí)可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離答案c解析由能級(jí)躍遷公式eemen得：e1e4e20.85 ev(3.4 ev)2.55 eve2e3e21.51 ev(3.4 ev)1.89 ev故a錯(cuò)；據(jù)eh知，c對(duì)；e3e4e30.85 ev(1.51 ev)0.66 ev，所以氫原子從n4的能級(jí)向n3的能級(jí)躍遷時(shí)能量差對(duì)應(yīng)的光子處于紅外線波段，b錯(cuò)；氫原子在n2的能級(jí)時(shí)能量為3.4 ev，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 ev時(shí)才能電離，d錯(cuò)4(氫原子的能級(jí)躍遷)如圖5所示為氫原子能級(jí)的示意圖現(xiàn)有大量的氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)將輻射出若干不同頻率的光關(guān)于這些光，下列說(shuō)法正確的是()圖5a最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的b頻率最小的光是由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的c這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光d用n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34 ev的金屬箔能發(fā)生光電效應(yīng)答案d解析在該題中，從n4的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)