高考物理一輪復習講義原子物理學專題（二）原子的核式結(jié)構(gòu)玻爾理論能級躍遷

原子的核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論、能級躍遷一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．α粒子散射實驗(1)α粒子散射實驗裝置(2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”．2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)α粒子散射實驗結(jié)果分析①核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．②湯姆孫模型不能解釋α粒子的大角度散射．③絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過金箔，說明原子中絕大部分是空的；少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對α粒子有斥力的正電荷；極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”，反映了個別α粒子正對著質(zhì)量比α粒子大得多的物體運動時，受到該物體很大的斥力作用．(2)核式結(jié)構(gòu)模型的局限性盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋α粒子散射實驗現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性．二、玻爾理論能級躍遷1．玻爾理論(1)定態(tài)假設(shè)：電子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中電子繞核的運動是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不產(chǎn)生電磁輻射．(2)躍遷假設(shè)：電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em，m<n)時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的．2．氫原子的能量和能級躍遷(1)能級和半徑公式：①能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV.②半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m.(2)氫原子的能級圖，如圖所示3．兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)射光子．光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量．吸收光子的能量必須恰好等于能級差hν＝ΔE.4．光譜線條數(shù)的確定方法(1)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1.(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)N＝Ceq\o\ar(2,n)＝eq\f(nn－1,2).5．電離(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0.(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量．例如：氫原子從基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(3)若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還具有動能．三、針對練習1、城市夜景因綻放的霓虹燈變得多姿多彩。霓虹燈發(fā)光原理是不同氣體原子從高能級向低能級躍遷時發(fā)出能量各異的光子而呈現(xiàn)五顏六色，如圖為氫原子的能級示意圖，已知可見光光子能量范圍為，若一群氫原子處于能級，則下列說法正確的是（）A．這群氫原子自發(fā)躍遷時能輻射出4種不同頻率的光B．這群氫原子從高能級向低能級躍遷時可能輻射出射線C．氫原子從能級向能級躍遷過程中發(fā)出的光為可見光D．這群氫原子自發(fā)躍遷時能輻射出3種不同頻率的可見光2、（多選）根據(jù)玻爾的原子理論，下列說法正確的是()A．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，電子的動能越大B．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高C．一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時最多可輻射出6種頻率的光D．能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時電子的動能為E－E13、關(guān)于α粒子散射實驗的下述說法中正確的是()A．在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核及核外電子，當α粒子接近核時是核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當α粒子接近電子時，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C．實驗表明原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分，實驗事實肯定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型D．實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量4、已知氫原子的基態(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3,4，….若氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級放出光子的頻率為ν，能使氫原子從基態(tài)電離的光子的最小頻率為()A．eq\f(9,4)νB．4νC．eq\f(36,5)νD．9ν5、1909年，物理學家盧瑟福和他的學生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況，其實驗裝置如圖所示．關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法正確的是()A．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于它跟電子發(fā)生了碰撞B．α粒子大角度散射是由于它跟電子發(fā)生了碰撞C．α粒子散射實驗說明原子中有一個帶正電的核幾乎占有原子的全部質(zhì)量D．通過α粒子散射實驗還可以估計原子核半徑的數(shù)量級是10－10m6、用實物粒子撞擊氫原子時，由于撞擊前瞬間不同氫原子的核外電子所處狀態(tài)不同，所以氫原子可能部分也可能全部吸收入射粒子的動能，當氫原子吸收的能量恰好為當前能級與上方某能級之差時，可實現(xiàn)能級躍遷。氫原子能級示意圖如圖所示，下列說法正確的是（

）A．用動能為的大量電子射向處于基態(tài)的一群氫原子，則能使一些氫原子躍遷到的能級B．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷過程中最多可輻射出6種頻率的光子C．可見光的光子能量范圍為若處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷，放出的光為可見光D．基態(tài)氫原子可以吸收一個能量為的光子，從而躍遷到的能級7、（多選）如圖甲所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖像（直線與橫軸的交點的橫坐標為4.29，與縱軸的交點的縱坐標為0.5），如圖乙所示是氫原子的能級圖，下列說法正確的是（）A．根據(jù)該圖像能求出普朗克常量B．該金屬的逸出功為1.82eVC．該金屬的極限頻率為5.50×1014HzD．用n=4能級的氫原子躍遷到n=2能級時所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)8、下列說法正確的是()A．β射線是原子核外電子掙脫原子核束縛后形成的B．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，從而揭示了原子核是有復雜結(jié)構(gòu)的C．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型解釋了α粒子散射實驗D．查德威克發(fā)現(xiàn)的天然放射現(xiàn)象說明原子具有復雜的結(jié)構(gòu)9、如圖所示為氫原子的能級圖，圖中a、b、c、d對應(yīng)氫原子的四次躍遷，已知可見光光子的能量范圍為1.61～3.10eV，關(guān)于四次躍遷，下列說法正確的是()A．經(jīng)歷a躍遷，氫原子吸收的光子能量為0.66eVB．經(jīng)歷b躍遷，氫原子的軌道半徑增大，原子核外電子的動能增大C．經(jīng)歷c躍遷，氫原子放出的光子是可見光光子D．經(jīng)歷d躍遷后，再用可見光照射躍遷后的氫原子，可使氫原子發(fā)生電離10、如圖所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個角度的散射情況．下列說法正確的是()A．在圖中的A、B兩位置分別進行觀察，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金原子后產(chǎn)生的反彈11、（多選）如圖甲所示為光電效應(yīng)實驗裝置，圖乙為a、b、c三種光分別照射圖甲裝置得到的電流表與電壓表讀數(shù)的關(guān)系曲線，圖丙為氫原子能級圖，圖丁是幾種金屬的逸出功和極限頻率。已知c光子能量為2.81eV。則（

）幾種金屬逸出功和極限頻率金屬W0/eVv/1014Hz鈉2.295.33鉀2.255.44銣2.135.15A．若b為綠光，a不可能是紫光B．若a為綠光，c可能是紫光C．用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光D．用c照射銣陰極產(chǎn)生的光電子撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光12、（多選）由玻爾原子模型求得氫原子能級如圖3所示，已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間，則()A．氫原子從高能級向低能級躍遷時可能輻射出γ射線B．氫原子從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時會輻射出紅外線C．處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線并發(fā)生電離D．大量氫原子從n＝4能級向低能級躍遷時可輻射出2種頻率的可見光13、（多選）氫原子的能級圖如圖所示，鋅、鈉、銫的逸出功分別為3.38eV、2.29eV、1.89eV，則下列說法正確的是（）A．一個處于能級的氫原子向低能級躍遷最多能輻射出3種不同頻率的光子B．氫原子從能級向能級躍遷時輻射出的光子比從能級向能級躍遷時輻射出的光子的波長短C．一群氫原子從能級直接向能級躍遷時輻射出的光都能使鋅、鈉、銫產(chǎn)生光電效應(yīng)D．氫原子從能級直接向能級躍遷時輻射出的光照射到鈉上逸出光電子的最大初動能為0.26eV14、（多選）氫原子的能級圖如圖所示，關(guān)于大量氫原子的能級躍遷，下列說法正確的是（）（可見光的波長范圍為，普朗克常量，真空中的光速）A．基態(tài)氫原子電離時，能輻射射線B．氫原子從能級向低能級躍遷時，某些輻射的光具有熒光效應(yīng)C．氫原子處在能級，用的光子照射時，能向高能級躍遷D．氫原子處在能級，則輻射的光中有6種可以使逸出功為的鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)15、(多選)如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n＝2能級躍遷時釋放的光子，則()A．6種光子中波長最長的是n＝4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的B．6種光子中有2種屬于巴耳末系C．使n＝4能級的氫原子電離至少要0.85eV的能量D．若從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)16、（多選）圖甲為氫原子巴耳末線系的光譜圖，圖乙是根據(jù)玻爾原子模型求得的氫原子能級圖，普朗克常數(shù)，下列說法正確的是（

）A．圖甲中波長為656.3nm的亮線為氫原子從n＝3能級向n＝2能級躍遷時產(chǎn)生的B．氫原子從高能級向低能級躍遷時，可能輻射出射線C．能量為5eV的光子可使處于n＝2能級的氫原子發(fā)生電離D．氫原子從n＝4能級躍遷到基態(tài)時釋放的光子，可使逸出功為4.54eV的金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生的光電子最大初動能為8.21eV17、（多選）如圖為某原子的能級及核外電子在兩能級間躍遷時輻射光子波長的示意圖，設(shè)原子處于n＝1、2、3、4的能級時，對應(yīng)原子的能量為E1、E2、E3、E4，則下列說法正確的是()A．該原子吸收波長為97nm的光子后，可能從E2躍遷到E4B．E3－E2＝eq\f(1,2)(E2－E1)C．用動能等于122nm光子能量的電子撞擊原子，原子可能從E2躍遷到E3D．原子從n＝3躍遷到n＝1時，釋放光子的波長為eq\f(122×656,122＋656)nm18、按照玻爾理論，一個氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中()A．原子要發(fā)出某一頻率的光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小，原子的能量也減小B．原子要吸收某一頻率的光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小，原子的能量也減小C．原子要發(fā)出一系列頻率的光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小，原子的能量也減小D．原子要吸收一系列頻率的光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大，原子的能量也增大答案1.D【詳解】A．這群氫原子自發(fā)躍遷時能發(fā)出光子頻率的種類為種不同頻率的光。A錯誤；B．射線為重核衰變或裂變時才會放出，氫原子躍遷無法輻射射線，B錯誤；C．這群氫原子中從能級躍遷能級時輻射出的能量為13.06eV，不在可見光光子能量范圍之內(nèi)，C錯誤；D．這群氫原子從能級躍遷能級輻射出的能量是2.86eV，從能級躍遷能級時輻射出的能量為2.55eV，從能級躍遷能級輻射出的能量是1.89eV，這三個屬于可見光，其他的不屬于。D正確。故選D。2.BC【解析】根據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知，氫原子的核外電子在能級越高的軌道，速度越小，則電子的動能越小，選項A錯誤；氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高，選項B正確；一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時最多可輻射出Ceq\o\al(2,4)＝6種頻率的光，選項C正確；能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時電子的動能為E＋E1，選項D錯誤。3.A【解析】在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°，所以A正確；使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來自帶正電的核，當α粒子接近核時，核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，電子對α粒子的影響忽略不計，所以B錯誤；實驗表明原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分，實驗事實否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，所以C錯誤；實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電及絕大部分質(zhì)量，所以D錯誤．4.C【解析】由題意可知：eq\f(E1,32)－eq\f(E1,22)＝hν；能使氫原子從基態(tài)電離的光子的最小頻率滿足：0－E1＝hν′，解得ν′＝eq\f(36,5)ν，故選C.5.C【解析】α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于它受到原子核的斥力，并不是跟電子發(fā)生了碰撞，A錯誤；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比較大，B錯誤；從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推測使粒子受到排斥力的核體積極小，實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電，和幾乎全部質(zhì)量，C正確；α粒子散射實驗可以估算出原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，D錯誤．6.A【詳解】A．實物粒子射向基態(tài)氫原子，基態(tài)氫原子將可能吸收的能量，從而躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，故A正確；B．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷過程中最多可輻射出3種頻率的光子，故B錯誤；C．處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷，放出的光的光子能量為，不屬于可見光，故C錯誤；D．基態(tài)氫原子向高能級躍遷要滿足頻率條件，即吸收光子能量要剛好等于兩能級之間的差值，的光子不滿足頻率條件，故D錯誤。故選A。7.AD【詳解】A．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知該圖線的斜率表示普朗克常量，得普朗克常量為故A正確；BC．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知圖像的橫軸的截距大小等于截止頻率，由圖知該金屬的截止頻率為逸出功為故BC錯誤；D．n=4能級的氫原子躍遷到n=2能級時所輻射的光子能量為明顯得所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。故選AD。8.C【解析】β射線是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時釋放的電子，故A錯誤；湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，從而揭示了原子是有復雜結(jié)構(gòu)的，故B錯誤；盧瑟福通過α粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，故C正確；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復雜的結(jié)構(gòu)，故D錯誤．9.D【解析】經(jīng)歷a躍遷，氫原子從高能級向低能級躍遷時輻射出的光子的能量為0.66eV，選項A錯誤；經(jīng)歷b躍遷，氫原子吸收能量，軌道半徑增大，但核外電子的動能會減小，選項B錯誤；經(jīng)歷c躍遷，氫原子輻射出的光子的能量為0.97eV，則該光子不是可見光光子，選項C錯誤；經(jīng)歷d躍遷后，躍遷后的氫原子的電離能為1.51eV，因此用可見光光子照射可使其電離，選項D正確。10.C【解析】：.放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)應(yīng)最多，說明大多數(shù)射線基本不偏折，可知金箔原子內(nèi)部很空曠，故A錯誤；放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)較少，說明較少射線發(fā)生偏折，可知原子內(nèi)部帶正電的體積小，故B錯誤；選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結(jié)果基本相似，故C正確；α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子受到金原子庫侖力作用，且金原子質(zhì)量較大，從而出現(xiàn)的反彈，故D錯誤．11.AD【詳解】A．因b的截止電壓大于a，根據(jù)可知，b的頻率大于a的頻率，則若b為綠光，a不可能是紫光，選項A正確；B．因a、c的截止電壓相等，可知a、c的頻率相等，即若a為綠光，c也肯定為綠光，選項B錯誤；C．已知c光子能量為2.81eV，則用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子不能被氫原子吸收，從而不會產(chǎn)生躍遷，也不會輻射光子，選項C錯誤；D．用c照射銣陰極產(chǎn)生的光電子最大初動能為光子撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子，因0.68eV>(0.85eV)(1.51eV)=0.66eV，則可使銣原子核躍遷到n=4的能級，然后向低能級躍遷時可產(chǎn)生種不同頻率光。選項D錯誤。故選AD。12.CD【解析】γ射線是從原子核內(nèi)部射出的，選項A錯誤；從n＝3能級向n＝2能級躍遷輻射出的光子屬于可見光，選項B錯誤；紫外線的光子的能量大于3.11eV，而n＝3能級發(fā)生電離只需要1.51eV的能量，因此選項C正確；從n＝4能級向n＝2能級躍遷可以輻射2種頻率的可見光，因此選項D正確。13.AD【詳解】A．一個處于能級的氫原子向低能級躍遷最多能輻射出種不同頻率的光子，A正確；B．由題圖可知，n=3和n=2的能級差小于n=2和n=1的能級差，又因此小的波長長，B錯誤；C．氫原子從n=4能級向n=2能級躍遷時輻射出的光子能量小于鋅的逸出功3.38eV，不能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)，C錯誤；D．根據(jù)光電效應(yīng)方程有，D正確。故選AD。14.BD【詳解】A．射線是原子核衰變時發(fā)出的電子，A錯誤；B．從n=4能級躍遷到n=1能級放出的光子的能量△E=E4E1=0.85（13.6）=12.75eV對應(yīng)的波長小于可見光的波長，即從向下躍遷時有紫外線發(fā)出，具有熒光效應(yīng)，B正確；C．由波爾理論可知，光子能量等于兩能級的能量差時才能被氫原子吸收，0.70eV的光子不能被吸收，故C錯誤；D．從n=5躍遷到n=1，輻射的光子能量為13.06eV，從n=5躍遷到n=2，輻射的光子能量為2.86eV，從n=4躍遷到n=1，輻射的光子能量為12.75eV，從n=4躍遷到n=2，輻射的光子能量為2.55eV，從n=3躍遷到n=1，輻射的光子能量為12.09eV，由n=2躍遷到n=1，輻射的光子能量為10.2eV，可見有6種光子能量大于金屬的逸出功，所以有6種頻率的光能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。故選BD。15.BC【解析】根據(jù)躍遷假說，在躍遷的過程中釋放光子的能量等于兩能級之差，故從n＝4躍遷到n＝3時釋放光子的能量最小，頻率最小，波長最長，A錯誤；由題意知6種光子中有2種屬于巴耳末系，它們分別是從n＝4躍遷到n＝2和從n＝3躍遷到n＝2時釋放的光子，B正確；E4＝－0.85eV，故n＝4能級的電離能等于0.85eV，C正確；由題圖知，從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子的能量小于n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量，D錯誤．16.CD【詳解】A．氫原子從n＝3