原子结构 玻尔理论(共2课时).doc

江苏省溧阳中学2007届高三物理复习（第一轮）学案 班级 姓名 学号 15.3 原子结构模型 玻尔理论（第一课时）【考点提示】了解原子核式结构，理解玻尔理论和能级跃迁，氢原子的能级结构【知识要点】：一、 粒子的散射实验和卢瑟福的核式结构模型11897年， 通过对阴极射线的研究发现了电子，说明 也是可分的。2卢瑟福用粒子轰击金箔，发现 3核式结构模型： 原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子呈中性的。 电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力。4原子和原子核的大小：从粒子的散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10151014m，原子的大小的数量级为 。5原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。二玻尔理论、能级1原子的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾：（1）按经典电磁理论，核外电子绕核旋转应辐射电磁波，其能量要逐渐减少，轨道半径也要逐渐减小，电子要被吸引到库仑力吸引到原子核上，这样原子所处的能量状态和轨道半径要连续变化，原子就是不稳定的，事实上原子是稳定的。（2）按经典电磁理论，电子绕核运行的频率要不断变化，原子辐射出频率连续变化的电磁波，原子光谱就是连续谱，而事实上原子光谱是线状谱。2玻尔理论的三点假设：（1）能量量子化假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态中的原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，一个能量值对应一种状态，这些状态叫做 。（2）原子的能级跃迁假设：原子从一种定态（E初）跃迁到另一种定态（E末），它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即： ，而且，原子吸收能量实现能级跃迁时，只吸收能量值与原子初末两能级差相等的光子，否则不予理睬。但是吸收超过原子电离所需能量的光子，多余的能量转变为电离后电子的动能。（3）轨道量子化假设：电子绕核选择的轨道的半径是 的。每一条可能轨道与一种定态相对应。只有满足下列条件的轨道才是可能的：轨道的半径r跟电子的动量mv的乘积等于h/2的整数倍，即 mvr=nh/2，n=1，2，3， 式中n的是正整数，叫量子数，这种现象叫做轨道的量子化假设。三氢原子的大小和能级(1) 大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径： rn=n2r1，r1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径r1=0.5310-10 m（2）能级：氢原子在各个定态时的能量值En称为氢原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能）En=E1/n2 n=1、2、3 E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量E1=-13.6eV 基态和激发态基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。 (3) 原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。（4）玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述。如：氢原子中的电子云模型提出者内容成功、局限枣 糕模 型汤姆生原子是一个球体；正电荷均匀分布在整个球内；电子象枣糕里的枣一样镶嵌在原子里面。无法解释粒子散射实验。核 式模 型卢瑟福原子的中心有一个很小的核原子核；原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量；带负电的电子在核外绕核旋转。和经典电磁理论相违背。（原子的稳定性和原子光谱的不连续性）玻 尔模 型玻 尔能量量子化理论；原子的能级跃迁假设；轨道量子化假设。引入了量子化理论，但不彻底。【例题分析】【例1】2006上海物理卷.7 卢瑟福通过对a粒子散射实验结果的分析，提出： （ ）A原子的核式结构模型 B原子核内有中子存在 C电子是原子的组成部分 D原子核是由质子和中子组成的【例2】在粒子的散射实验中，下列描述正确的是 （ ）A实验中用金箔要比用铝箔做实验散射作用的效果明显B在粒子的散射实验没有考虑粒子与电子的相互作用，其原因是电子的质量很小，粒子与电子相碰时损失的能量很小，可忽略。C在粒子的散射实验中，少数粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对粒子的万有引力。D从粒子的散射实验的结果可以说明金原子内部绝大部分是空的【例3】在粒子的散射实验中，一个粒子经过金原子核附近的轨迹。由图可知A、B、C三点的电势高低关系为 ，这三点的场强大小关系为 ，粒子从A到B及由B到C过程电场力分别做 功和 功；粒子在这三点的速度大小关系为 。【例4】在粒子轰击金箔时，测得粒子与金核的最短距离约为21014m，已知金的原子量为197，由此可估算出金核的密度约为多少？（取一位有效数字）【例5】氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 ( )A 氢原子的能量减小，电子的动能增加 B 氢原子的能量增加，电子的动能增加C 氢原子的能量减小，电子的动能减小 D 氢原子的能量增加，电子的动能减小15.3 原子结构模型 玻尔理论（第二课时）【例5】氢原子的基态能级值为E113.6eV,某金属的极限波长恰等于氢原子由n4能级跃迁到n2能级所发出的光的波长。现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光照射该金属，则从该金属表面逸出的光电子的最大出动能是多少eV？【例6】欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是 （ ）A用10.2 eV的光子照射 B用11eV的光子照射C用14 eV的光子照射 D用11eV的电子撞击【例7】（2000年全国）假设在NaCl蒸气中存在由钠离子Na+和氯离子Cl靠静电相互作用构成的单个氯化钠NaCl分子，若取Na+与Cl相距无限远时其电势能为零，一个NaCl分子的电势能为6.1eV，已知使一个中性钠原子Na最外层的电子脱离钠原子面形成钠离子Na+所需的能量（电离能）为5.1eV，使一个中性氯原子Cl结合一个电子形成氯离子Cl所放出的能量（新和能）为3.8eV。由此可算出，在将一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中，外界供给的总能量等于 eV。例8设氢原子的轨道半径为r，电子的质量为m，电荷量为e，试证明：电子绕核运动的动能等于氢原子所处定态的能级的绝对值。（点电荷电场的电势分布规律为，取无穷远处电势为零）E/eV0-0.85-1.51-3.4-13.6n4321【例9】、（2006江苏物理卷.4） 氢原子的能级如图所示，已知可见的光的光子能量范围约为1.62eV3.11eV，下列说法错误的是 A处于n = 3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 B大量氢原子从高能级向n = 3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 C大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光 D大量处于n4是能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光【例10】现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少（假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的） （ ）A、2200 B、2000 C、1200 D、2400【例11】（2005年全国理综II卷）右图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发生若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为2.22eV。在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 （ ）n E/eV4 -0.853 -1.512 -3.401 -13.60A、二种 B、三种 C、四种 D、五种【例12】（2004年江苏物理卷）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出去，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。214Po的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0=1.416MeV交给内层电子（如K、L、M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层）使其电离，实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV。则可发射出特征射线的能量为 （ ）A、0.013MeV B、0.017MeV C、0.076MeV D、0.093MeV【例13】原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子例如在某种条件下，铬原子的n = 2能级上的电子跃迁到n = 1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n = 4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 ，式中n=l，2，3， 表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是 ( )A B C D14德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的实验研究。如图（1）他们在一只阴极射线管中充进要考察的汞蒸气。阴极发射出的电子受阴极K和栅极R之间的电压UR加速，电子到达栅极R时，电场做功eUR。此后电子通过栅极R和阳极A之间的减速电压UA。通过阳极的电流如图（2）所示，随着加速电压增大，阳极电流在短时间内也增大。但是到达一个特定的电压值UR后观察到电流突然减小。在这个电压值上，电子的能量刚好能够激发