高中物理 第十八章 原子结构章末分层突破学案 新人教版选修3-5.doc

第十八章 原子结构 自我校对高速电子流枣糕模型绝大多数偏转极少数几乎全部质量高速旋转r(n3,4,5)hemenrnn2r1en两个重要的物理思想方法1.模型法人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型图1812假设法假设法是学习物理规律常用的方法，前边我们学过的安培分子电流假说，现在大家知道从物质微观结构来看是正确的，它就是核外电子绕核旋转所形成的电流在当时的实验条件下是“假说”。玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的，他的成功在于引入量子理论，局限性在于保留了轨道的概念，没有彻底脱离经典物理学框架卢瑟福的粒子散射实验说明了下列哪种情况()a原子内的正电荷全部集中在原子核里b原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上c原子内的正负电荷是一对一整齐排列的d原子的几乎全部质量都集中在原子核里e原子内部是十分“空旷”的【解析】卢瑟福的粒子散射实验中，少数粒子发生大角度偏转，这是原子中带正电部分作用的结果，由于大角度偏转的粒子数极少，说明原子中绝大部分是空的，带正电部分的体积很小，带负电的电子绕核运动的向心力即是原子核对它的引力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，选项a、d、e正确【答案】ade玻尔理论1.玻尔原子模型(1)量子化观点：电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐射或吸收光子的频率都只能是分立的、不连续的值(2)对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态(3)定态观点：电子在某一可能轨道上运动时，原子是不向外辐射电磁波的，轨道与能量是稳定的(4)跃迁观点：能级跃迁时辐射或吸收光子的能量，hemen(mn)(5)原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁如果入射光的能量e13.6 ev，原子也能吸收光子，则原子电离用粒子碰撞的方法使原子能级跃迁时，粒子能量大于能级差即可2跃迁与光谱线原子处于基态时，原子是稳定的，但原子在吸收能量跃迁到激发态后，就不稳定了，这时就会向低能级定态跃迁，而跃迁到基态，有时是经多次跃迁再到基态一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：nc.将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子(1)若要使n2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？(2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？(电子电荷量e1.61019 c，普朗克常量h6.631034 js，电子质量me9.11031 kg)【解析】(1)n2时，e2 ev3.4 ev，所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n的轨道，n时，e0.所以，要使处于n2激发态的原子电离，电离能为eee23.4 ev hz8.211014 hz(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量e0h6.631034 j9.9451019 j电离能e3.41.61019 j5.441019 j由能量守恒hemev2代入数值解得v9.95105 m/s【答案】(1)8.211014 hz(2)9.95105 m/s(1)氢原子在某激发态的电离能大小等于该能级的能量值.(2)电子电离后若有多余的能量将以电子动能的形式存在.(教师用书独具)1(2016西安一中检测)关于粒子散射实验，下列说法正确的是()a在实验中观察到的现象是：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过90，有的甚至被弹回b使粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当粒子接近核时是核的斥力使粒子偏转，当粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转c实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分d实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量e粒子散射是估计核半径的最简单的方法【解析】 由粒子散射实验结果知，a正确；由于电子的质量远小于粒子的质量，对粒子的运动影响极小，使粒子发生明显偏转的是原子核的斥力，b错误；实验表明：原子具有核式结构，核极小，但含有全部的正电荷和几乎所有的质量，根据实验可以确定核半径的数量级ce正确，d错误【答案】ace2(2016保定一中检测)子与氢原子核(质子)构成的原子称为氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用如图182为氢原子的能级示意图，假定光子能量为e的一束光照射容器中大量处于n2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为1、2、3、4、5和6的光子，且频率依次增大，则e等于()图182ah(31)bh(31)ch3 dh(64)eh(12)【解析】氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明氢原子是从n4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ee4e2.【答案】cde3(2016青岛二中检测)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()a用12.09 ev的光子照射b用13 ev的光子照射c用14 ev的光子照射d用13 ev的电子碰撞e用10.0 ev的电子碰撞【解析】由跃迁条件知氢原子受激发跃迁时只能吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子根据氢原子能级图不难算出12.09 ev刚好为氢原子n1和n3的两能级差，而13 ev则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因此氢原子只能吸收前者而不能吸收后者；对于14 ev的光子则足以使氢原子电离，电离后的自由电子还具有0.4 ev的动能至于13 ev的电子碰撞，它的能量可以部分被氢原子吸收而使氢原子激发，而10.0 ev的能量小于n1和n2的两能级差综上所述，选项a、c、d正确【答案】acd4(2016大连一中检测)欲使处于基态的氢原子电离，下列措施可行的是()a用13.6 ev的光子照射b用15 ev的光子照射c用13.6 ev的电子碰撞d用15 ev的电子碰撞e用13.0 ev的电子碰撞【解析】基态氢原子的电离能为13.6 ev，则13.6 ev的光子被吸收，氢原子刚好电离，同理15 ev的光子和15 ev的电子碰撞均可供氢原子电离。至于13.6 ev的电子，由于电子和氢原子质量不同，因此两者碰撞时电子不可能把13.6 ev的能量全部传递给氢原子，因此用13.6 ev的电子碰撞氢原子时氢原子不能电离。由以上分析可知选项a、b、d正确【答案】abd5(2016太原一中检测)已知氢原子基态的电子轨道半径为r10.5281010 m，量子数为n的能级值为en ev.(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线；(3)计算这几种光谱线中最短的波长(静电力常量k9109 nm2/c2，电子电荷量e1.61019 c，普朗克常量h6.631034 js，真空中光速c3.0108 m/s)【解析】(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则，又知ekmv2，故电子在基态轨道上运动的动能为：ek j2.181018 j13.6 ev.(2)当n1时，能级值为e1 ev13.6 ev.当n2时，能级值为e2 ev3.4 ev.当n3时，能级值为e3 ev1.51 ev.能发出的光谱线分别为32、21、31共3种，能级图如图所示(3)由e3向e1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短he3e1，又知，则有 m1.03107 m.【答案】(1)13.6 ev(2)见解析(3)1.03107 m章末综合测评(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分，在每小题给出的5个选项中有3项是符合题目要求的，选对一个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分)1在粒子散射实验中，少数粒子发生了大角度偏转，这些粒子()a一直受到重金属原子核的斥力作用b动能不断减小c电势能先增大后减小d出现大角度偏转是与电子碰撞的结果e出现大角度偏转的原因是占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围【解析】粒子一直受到斥力的作用，斥力先做负功后做正功，粒子的动能先减小后增大，势能先增大后减小粒子的质量远大于电子的质量，与电子碰撞后其运动状态基本不变，a、c、e项正确【答案】ace2下列叙述中符合物理学史的有()a汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子b卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的c卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型d巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式e玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说【解析】汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，a对；卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，b错，c对；巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，d正确；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，e错误【答案】acd3关于阴极射线的性质，下列说法正确的是()a阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的b阴极射线本质是电子c阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电d阴极射线的比荷比氢原子核大e根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况可以判断阴极射线的带电性质【解析】阴极射线是原子受激发射出的电子流，故a、c错，b、e对；电子带电量与氢原子相同，但质量是氢原子的，故阴极射线的比荷比氢原子大，d对【答案】bde4以下关于玻尔原子理论的说法正确的是()a电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的b电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射c电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子d不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收e氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱【答案】ade5根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时()a轨道半径之比为14b速度之比为41c周期之比为18 d动能之比为41e动量之比为14【解析】由玻尔公式rnn2r1，所以轨道半径之比为r1r2122214，故a对根据库仑定律和牛顿第二定律有：km，vn，所以速度之比为21，故b错根据库仑定律和牛顿第二定律有：km()2rn，t，所以周期之比为18，故c对根据mvk，所以动能之比为41，故d对动量之比为，e错【答案】acd6关于光谱，下列说法正确的是()a太阳光谱是吸收光谱b太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的c根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成d根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素e各种原子的发射光谱都是线状谱【解析】太阳光谱是吸收光谱因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收上述选项中正确的是a、b、e.【答案】abe7氢原子的能级如图1所示氢原子从n4能级直接向n1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是()图1a氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大b该金属的逸出功w012.75 evc用一群处于n3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出d氢原子处于n1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动e该金属的截止频率为3.11015 hz【解析】氢原子发生跃迁，辐射出光子后，氢原子能量变小，故a错误根据恰能使某金属产生光电效应，由n4跃迁到n1，辐射的光子能量最大，e13.60.85 ev12.75 ev.则逸出功w012.75 ev，故b正确由w0hc，知e正确，一群处于n3的氢原子向低能级跃迁时，辐射的能量小于从n4能级直接向n1能级跃迁所放出的光子能量，则不会发生光电效应，故c错误根据玻尔原子模型，可知，处于n1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动故d正确【答案】bde8关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是()a用波长为60 nm的x射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子b用能量为10.2 ev的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态c用能量为11.0 ev的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态d用能量为12.5 ev的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态e用能量为14.0 ev的电子碰撞可使处于基态的氢原子跃迁到激发态【解析】根据玻尔理论，只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被氢原子所吸收(即hemen)，使氢原子发生跃迁当氢原子由基态向n2、3、4轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为：e21e2e1e1ev(13.6)ev10.20 ev，e31e3e1e1ev(13.6)ev12.09 ev，e41e4e1e1ev(13.6)ev12.75 ev，e10e1(13.6 ev)13.6 ev(电离)波长为60 nm的x射线，其光子能量eh6.631034 j3.3151018 j20.71 eve1.所以可使氢原子电离，a正确；比较b、c、d选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道只有b项中光子可使氢原子从基态跃迁到n2的激发态，b正确碰撞过程可使部分能量传给氢原子，e正确【答案】abe二、非选择题(本题共5小题，共52分)9(6分)如图2是教材中的实验插图，该图是著名的粒子散射实验示意图，由此科学家卢瑟福提出了_模型图2【解析】卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型【答案】原子核式结构10(6分)氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级放出光子的频率为，则它从基态跃迁到n4的能级吸收的光子频率为_. 【导学号：66390041】【解析】设氢原子基态能量为e1，则由玻尔理论可得：e1e1h，e1e1h41，解得：吸收的光子频率41.【答案】11(12分)有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为e1，则吸收光子的频率是多少？当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少？ 【导学号：66390042】【解析】据跃迁理论he3e1，而e3e1，所以.由于是大量原子，可从n3跃迁到n1，从n3跃迁到n2，再从n2跃迁到n1，故应有三条谱线，光子能量分别为e3e1，e3e2，e2e1，即e1，e1，e1.【答案】见解析12(12分)氢原子的能级图如图3所示原子从能级n3向n1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应有一群处于n4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属普朗克常量h