北京專用高考物理總復習第十六章第1講原子結構課件

第1講原子結構一盧瑟福核式結構學說二玻爾原子模型知識梳理考點一原子結構的探究———α粒子散射實驗結論分析考點二氫原子的能級、軌道及躍遷問題總綱目錄考點三應用玻爾理論綜合分析氫原子的能級、軌道和光譜問題知識梳理一、盧瑟福核式結構學說

絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進,少數(shù)α粒子發(fā)生了較大

角度的偏轉,并且有①

極少數(shù)

α粒子偏轉角超過了90°,有的甚至被

“撞了回來”,偏轉角幾乎達到180°。盧瑟福對α粒子散射實驗結果進行了分析,于1911年提出了原子的②

核式結構

學說:在原子的中心有一個③

很小的核

,叫做原子核,原子的④

全部

正電荷和⑤

幾乎所有

的質量都集中在原子核里,帶負電的電子在核

外空間繞核旋轉。二、玻爾原子模型(1)軌道量子化:原子核外電子的軌道可能是某些①

分立

的數(shù)值。(2)能量狀態(tài)量子化:原子只能處于與軌道量子化對應的②

不連續(xù)

的能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中,原子是③

穩(wěn)定

的,不輻射能量。(3)躍遷假說:原子從一個能級向另一個能級躍遷時,吸收(或輻射)一定

頻率的光子,光子能量E=④

hν

=⑤

Em-En

。(1)能級:原子在各個定態(tài)時的⑥

能量值

稱為原子的能級。(2)氫原子的能級公式和軌道半徑公式:En=⑦

E1,E1=-13.6eVrn=⑧

n2

r1,r1=0.53

(3)基態(tài):在正常狀態(tài)下,原子處于⑨

最低能級

,這時電子在離核最近

的軌道上運動的定態(tài)稱為基態(tài)。(4)激發(fā)態(tài):原子吸收能量后從基態(tài)躍遷到較高能級,這時電子在離核⑩

較遠

的軌道上運動的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。原子從一種定態(tài)(能量為E初)躍遷到另一種定態(tài)(能量為E終)時,它輻射或

吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩種定態(tài)的

能級差

決定,即hν=|E初-E終|。若E初>E終,則

輻射

光子;若E初<E終,則

吸收

光子。

1.盧瑟福提出了原子的核式結構模型,這一模型建立的基礎是

(C)解析

盧瑟福提出原子的核式結構模型的基礎是α粒子散射實驗。2.如圖所示為玻爾理論中氫原子能級圖。當氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)向

較低能級躍遷時,放出光子的能量可能是

(B)

A.13.6eVB.10.2eVC.3.4eVD.1.51eV解析

原子能級躍遷的時候放出的光子能量只能等于相應兩能級差。3.按照玻爾理論,大量氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時,最多能向

外輻射

(B)解析

由n=3能級向n=2能級躍遷放出一種頻率的光子,由n=3能級

向n=1能級躍遷放出一種頻率的光子,由n=2能級向n=1能級躍遷放出一種頻率的光子,共三種,B正確。4.根據(jù)玻爾理論,氫原子的電子由n=2軌道躍遷到n=1軌道

(A)A.原子的能量減少,電子的動能增加B.原子的能量增加,電子的動能減少解析

根據(jù)玻爾理論,氫原子的電子從n=2軌道躍遷到n=1軌道時要放出一種特定頻率的光子,故原子的能量減少,但電子在躍遷過程中,靜

電力對其做正功,故電子的動能增加,故A正確。深化拓展考點一原子結構的探究——α粒子散射實驗結論分析1.原子中有電子,但電子質量很小,不及α粒子質量的七千分之一,α粒子

碰到它,就像飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣,運動方向不會發(fā)生明顯改

變。α粒子散射現(xiàn)象表明,原子內部非?？諘?帶正電的部分體積很小,但

集中了幾乎全部質量,當α粒子接近原子核時,就會受到很大的庫侖斥力,

發(fā)生較大角度的偏轉,由于原子核體積小,α粒子穿過金箔時接近原子核

的機會很小,所以只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉。原子

1-1如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗的裝置示意圖,

熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C三個位置時,關于觀察到

的現(xiàn)象,下列說法中正確的是

(A)

解析

由α粒子散射實驗的結果可知A正確,B、C、D均錯。1-2盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實驗研究原子結構,正確反映實驗結

果的示意圖是

(D)

解析

α粒子轟擊金箔時,越靠近金原子核,偏轉的角度越大,所以A、B、C錯誤,D正確?？键c二氫原子的能級、軌道及躍遷問題

(1)氫原子的能級公式:En=

E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV。(2)氫原子的軌道半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱

玻爾半徑,其數(shù)值為r1×10-10m。(1)定態(tài)間的躍遷——滿足能級差:hν=Em-En(m>n)。(2)電離與電離能電離態(tài):n=∞,E=0。電離能:使電子電離所需吸收的最小能量,如:基態(tài)→電離態(tài):E吸=0-E1=(-13.6eV)=13.6eVn=2→電離態(tài):E吸=0-E2=0-(-3.4eV)=3.4eV如果吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還有動能。(3)躍遷時電子動能、原子電勢能與總能量變化:當軌道半徑減小時,庫

侖引力做正功,原子電勢能減小,電子動能增大,原子總能量減小,反之,軌

道半徑增大時,原子電勢能增大,電子動能減小,原子總能量增大?！厩榫八夭摹そ處焸溆谩?-1

(2017朝陽二模)根據(jù)玻爾的原子模型,一個氫原子從n=3能級躍遷

到n=1能級時,該氫原子

(B)A.吸收光子,能量減小B.放出光子,能量減小C.放出光子,核外電子動能減小D.吸收光子,核外電子動能不變解析

氫原子在量子數(shù)較大的能級上時,具有的能量也較大,從n=3能級躍遷到n=1能級時,放出光子,能量減小,故B對而A、D均錯誤。原

子處于較低能級時,電子繞核運動的軌道也較低,由k

=m

及Ek=

mv2可知在低軌道上運動時電子的動能較大,故C錯誤。2-2已知氦離子(He+)的能級圖如圖所示,根據(jù)能級躍遷理論可知

(

)

A.氦離子(He+)從n=4能級躍遷到n=3能級比從n=3能級躍遷到n=2能級輻射出光子的頻率低n=3能級的氦離子(He+)向低能級躍遷,只能發(fā)出2種不同頻率的光子C.氦離子(He+)處于n=1能級時,能吸收45eV的能量躍遷到n=2能級D.氦離子(He+)從n=4能級躍遷到n=3能級,需要吸收能量答案

A氦離子由高能級向低能級躍遷,輻射光子的能量等于兩能級

的能量差,對應光子頻率ν滿足:hν=En-Em(n>m),A正確;大量處于n=3能

級的氦離子向低能級躍遷,能發(fā)出3種不同頻率的光子,B錯誤;離子只能

吸收能量等于能級差的光子才能躍遷到高能級,C錯誤;離子從高能級躍

遷到低能級,以光子的形式輻射能量,D錯誤?？键c三應用玻爾理論綜合分析氫原子的能級、軌道和光譜問題一、應用玻爾理論分析氫原子的能級、軌道的方法玻爾理論的成功之處在于引入了量子化的概念,但因保留了經典的原子

軌道,故有關氫原子的計算仍應用經典物理的理論。對電子繞核運動的

軌道半徑、速度、周期、動能、電勢能等的計算,是牛頓運動定律、庫

侖定律、勻速圓周運動等知識的綜合應用。氫原子各定態(tài)的能量值為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和;

當取無窮遠處電勢能為零時,各定態(tài)的電勢能均為負值。某定態(tài)時,核外電子的動能Ek總是等于該定態(tài)總能量的絕對值,原子系統(tǒng)的電勢能Ep總是等于該定態(tài)總能量值的兩倍。運用這一數(shù)值關系可

以巧妙地進行幾種能量變化分析。規(guī)定無窮遠處原子系統(tǒng)的電勢能為零,則原子各能級的能量為負值,即E

1=-13.6eV,r1×10-10m。En=

,rn=n2r1,隨電子軌道半徑的增大,能量增大。另外由經典理論

=m

知,其動能Ekn=

mv2=

=

即Ekn=

,隨n的增大,電子的動能減小。其電勢能Epn=En-Ekn=

,隨n的增大,原子的電勢能增大。

3-1

氫原子輻射出一個光子后,下列說法正確的是

(B)解析

根據(jù)玻爾理論可知,氫原子輻射光子后,電子應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道。躍遷過程中,電場力對電子做正功,故電勢能減小。根據(jù)經典物理理論可知,電子繞核做勻速圓周運動的向心力

由核對電子的庫侖力提供,即

=

,則Ek=

=

,電子的軌道半徑減小,其動能增大。由能量守恒定律可知,氫原子放出光子,輻射能量,所以原子總能量減少。故B正確。3-2

(2017海淀一模)微觀世界與宏觀世界往往存在奇妙的相似性。對

于氫原子模型,因為原子核的質量遠大于電子的質量,可以忽略原子核

的運動,形成類似天文學中的恒星—行星系統(tǒng),記為模型Ⅰ。另一種模

型認為氫原子的核外電子并非繞核旋轉,而是類似天文學中的雙星系

統(tǒng),核外電子和原子核依靠庫侖力作用使它們同時繞彼此連線上某一點

做勻速圓周運動,記為模型Ⅱ。已知核外電子的質量為m,氫原子核的質

量為M,二者相距為r,靜電力常量為k,電子和氫原子核的電荷量大小均

為e。(1)模型Ⅰ、Ⅱ中系統(tǒng)的總動能分別用EkⅠ、EkⅡ表示,請推理分析,比較EkⅠ、EkⅡ的大小關系;(2)模型Ⅰ、Ⅱ中核外電子做勻速圓周運動的周期分別用TⅠ、TⅡ表示,

通常情況下氫原子的研究采用模型Ⅰ的方案,請從周期的角度分析這樣

簡化處理的合理性。解析(1)模型Ⅰ中,設電子的速度為v,對于電子繞核的運動,根據(jù)庫侖

定律和牛頓第二定律有

=

解得EkⅠ=

mv2=

模型Ⅱ中,設電子和原子核的速度分別為v1、v2,電子的軌道半徑為r1,原

子核的軌道半徑為r2。根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律對電子有

=

,解得Ek1=

m

=

r1答案見解析對原子核有

=

,解得Ek2=

M

=

r2系統(tǒng)的總動能EkⅡ=Ek1+Ek2=

(r1+r2)=

即在這兩種模型中,系統(tǒng)的總動能相等。(2)模型Ⅰ中,根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律有

=m

r,解得

=

模型Ⅱ中,電子和原子核的周期相同,均為TⅡ根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律對電子有

=m

·r1,解得r1=

對原子核有

=M

·r2,解得r2=

因r1+r2=r,將以上兩式代入,可解得

=

所以有

=

因為M?m,可得TⅠ≈TⅡ,所以采用模型Ⅰ更簡單方便。二、氫原子光譜問題分析方法1.一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時,可能輻射的光譜線條數(shù)N=

(或幾種光子的能量)。2.一個原子在一次躍遷時只發(fā)出(或吸收)一個光子。

3-3氫原子部分能級的示意圖如圖所示。不同色光的光子能量如表

所示。

色光紅橙黃綠藍-靛紫光子能量范圍(eV)1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子,發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內僅有2條,

其顏色分別為

(A)A.紅、藍-靛

B.黃、綠C.紅、紫

D.藍-靛、紫解析

原子發(fā)光時光子的能量等于原子能級差,先分別計算各相鄰