高中物理 第3章 原子世界探秘章末总结课件 沪科版选修35.ppt

第3章原子世界探秘 章末总结 原子结构 汤姆生的发现 阴极射线为流 电子的发现 电子发现的意义 原子可以再分 汤姆生枣糕模型 原子模型 卢瑟福模型 玻尔原子结构模型 能量量子化 轨道量子化 能级跃迁 h m n 氢原子光谱和光谱分析 光谱 光谱 发射光谱 谱 谱 光谱分析 用线状谱和吸收光谱分析物质的化学组成等 电子 核式结构 em en 吸收 连续 线状 专题整合区 一 对 粒子散射实验及核式结构模型的理解 二 对玻尔的原子结构模型的理解 三 玻尔原子结构与力学的综合 一 对 粒子散射实验及核式结构模型的理解 例1关于 粒子散射实验现象的分析 下列说法正确的是 a 绝大多数 粒子沿原方向运动 说明正电荷在原子内均匀分布 是 粒子受力平衡的结果b 绝大多数 粒子沿原方向运动 说明这些 粒子未受到明显的力的作用 说明原子是 中空 的 c 极少数 粒子发生大角度偏转 说明原子内质量和电荷量比 粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小d 极少数 粒子发生大角度偏转 说明原子内的电子对 粒子的吸引力很大 解析在 粒子散射实验中 绝大多数 粒子沿原方向运动 说明 粒子未受到原子核明显的力的作用 也说明原子核相对原子来讲很小 原子内大部分空间是空的 故a错 b对 极少数 粒子发生大角度偏转 说明受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小 粒子偏转而原子核未动 说明原子核的质量和电荷量远大于 粒子的质量和电荷量 电子的质量远小于 粒子的质量 粒子打在电子上 不会有明显偏转 故c对 d错 答案bc 返回 1 玻尔的原子结构模型可概括为三个要点 1 能量的量子化en e1 en为动能 电势能之和 2 轨道的量子化rn n2r1 3 能级跃迁量子化h em en 吸收或辐射一定频率的光子 二 对玻尔的原子结构模型的理解 2 注意三个不同 1 一群氢原子与一个氢原子的不同 一个氢原子在一次跃迁时只能辐射一个光子 故一个氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射的光谱条数为n 1 而一群氢原子处于量子数为n的激发态时 由于向各个能级跃迁的可能性都存在 故可能辐射的光谱条数为 2 跃迁与电离的不同跃迁时只能吸收等于两个能级差的光子 电离时只要原子吸收的能量 e e en 就可以使处于定态n上的氢原子电离 当 e e en时 电离后电子还具有一定的动能 3 吸收光子跃迁与电子碰撞跃迁的不同电子碰撞原子核时 只要电子的动能大于或等于某两个能级能量差就可引起原子的激发跃迁 但由于电子的动能不是一份一份的 因此撞击时可把部分动能传给原子 剩余的部分自身保留 例2有一群氢原子处于量子数n 4的激发态中 能发出几种频率的光子 其中最高频率 最低频率各为多少 若有一个氢原子处于量子数n 4的激发态时 最多能发出几种频率的光子 解析一群氢原子向低能级跃迁时 各种跃迁方式都会发生 即可以从n 4的激光态跃迁到n 3 n 2 n 1的各能级 再从n 3的激发态跃迁到n 2 n 1的各能级 再从n 2的激发态跃迁到n 1的基态 故有 6种频率的光子产生 如图所示为跃迁示意图 最高频率的光子满足h 1 0 85ev 13 6ev 12 75ev 2 04 10 18j 1 3 1 1015hz 最低频率的光子满足h 2 0 85ev 1 51ev 0 66ev 1 056 10 19j 2 1 6 1014hz 一个氢原子处于量子数为4的激发态时 最多能发出4 1 3 种 频率的光子 答案6种3 1 1015hz1 6 1014hz3种 例3当用具有1 87ev能量的光子照射n 3激发态的氢原子时 氢原子 a 不会吸收这个光子b 吸收该光子后被电离 电离后的动能为0 36evc 吸收该光子后被电离 电离后电子的动能为零d 吸收该光子后不会被电离 解析即处于n 3激发态的氢原子吸收大于或等于1 51ev能量的光子后即会发生电离 所以具有1 87ev能量的光子能被吸收 且电离后电子动能ek 1 87 1 51 ev 0 36ev 可见选项b正确 答案b 例4用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子 观测到了一定数目的光谱线 调高电子的能量再次进行观测 发现光谱线的数目比原来增加了5条 用 n表示两次观测中最高激发态的量子数之差 e表示调高后电子的能量 根据氢原子的能级图 如图1所示 可以判断 n和e的可能值为 图1 a n 1 13 22ev e 13 32evb n 2 13 22ev e 13 32evc n 1 12 75ev e 13 06evd n 2 12 75ev e 13 06ev 解析 得n 4 m 2和n 6 m 5 故存在两种可能性 又由于是电子轰击 故电子的能量必须大于或等于某两个能级间的能量差 当 n 2时应满足13 6ev 0 85ev e 13 6ev 0 54ev 即d对 当 n 1时应满足13 6ev 0 38ev e 13 6ev 0 28ev 即a对 答案ad 返回 一般认为电子绕原子核做匀速圆周运动 电子与原子核间的库仑力提供向心力 由此可利用相关知识列方程求解某些问题 三 玻尔原子结构与力学的综合 例5氢原子辐射出一个光子后 则 a 电子绕核旋转的半径增大b 电子的动能增大c 氢原子的电势能增大d 原子的能级值增大 解析由玻尔理论可知 当氢原子辐射出一个光子后 氢原子将由高能级跃迁到低能级 即原子的能级减小 同时 氢原子核外电子的轨道半径将减小 故a d选项错误 核外电子绕核运动的向心力由氢核对电子的库仑力提供 故有 则电子的动能为 可见r减小时 电子的动能增大 b选项正确 当核外电子的轨道半径减小时 原子核对电子的库仑力做正功 因而氢原子的电势能减小 c选项错误 答案b 返回 自我检测区 1 2 3 4 5 6 7 1 下列关于原子结构的说法中正确的是 a 电子的发现说明了原子内部还有复杂结构b 粒子散射实验揭示了原子的核式结构c 粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转d 粒子散射实验中有的 粒子发生较大偏转 是 粒子与原子发生碰撞所致 1 2 3 4 5 6 7 解析电子的发现 证明了原子内部存在带正电的物体 粒子的散射实验说明了原子内部很空旷 揭示了原子的内部结构 答案ab 1 2 3 4 5 6 7 2 一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道 已知ra rb 则在此过程中 a 原子要辐射一系列频率的光子b 原子要吸收一系列频率的光子c 原子要吸收某一频率的光子d 原子要辐射某一频率的光子 1 2 3 4 5 6 7 解析因为是从高能级向低能级跃迁 所以应放出光子 因此b c错误 直接 从一能级跃迁至另一能级 只对应某一能级差 故只能辐射某一频率的光子 答案d 1 2 3 4 5 6 7 3 已知氢原子的基态能量为 13 6ev 当一群处于量子数为n 3的激发态的氢原子发生跃迁时 可能辐射的光子能量是 a 1 5evb 12 09evc 1 89ev 12 09evd 1 89ev 10 2ev 12 09ev d 1 2 3 4 5 6 7 4 关于氢原子能级的跃迁 下列叙述中正确的是 a 用能量为20 75ev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 2ev的光子照射 可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 1 2 3 4 5 6 7 c 用能量为11 0ev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 5ev的光子照射 可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 1 2 3 4 5 6 7 解析氢原子的电离能 e 0 13 6 ev 13 6ev 20 75ev所以可使氢原子电离 a正确 由h em e1得em1 h e1 10 2ev 13 6 ev 3 4evem2 11 0ev 13 6 ev 2 6evem3 12 5ev 13 6 ev 1 1ev 1 2 3 4 5 6 7 由e 得 只有em1 3 4ev对应于n 2的状态 由于电子绕核运动时吸收光子只能吸收恰好为两能级能量差的光子 所以只有b可使氢原子从基态跃迁到激发态 答案ad 1 2 3 4 5 6 7 5 汞原子的能级图如图2所示 现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上 汞原子只发出三种不同频率的单色光 那么 关于入射光的能量 下列说法正确的是 图2 a 可能大于或等于7 7evb 可能大于或等于8 8evc 一定等于7 7evd 包含2 8ev 4 9ev 7 7ev三种 1 2 3 4 5 6 7 解析汞原子发出三种不同频率的单色光说明汞原子一定吸收能量从基态跃迁到n 3的激发态上 其能级差为 e e3 e1 7 7ev 故c正确 答案c 1 2 3 4 5 6 7 6 用12 6ev的电子去轰击处于基态的氢原子样品时 能否引起氢原子的跃迁 若能引起 则可以使氢原子跃迁到哪些能级上 若用12 6ev的光子去轰击处于基态的氢原子样品时 能否引起氢原子的跃迁 1 2 3 4 5 6 7 解析根据氢原子的能级图并分析两能级差可知 当用电子去轰击处于基态的氢原子样品时 因为12 6ev 10 2ev 12 6ev 12 09ev 12 6ev 12 75ev 故可以使氢原子跃迁到n 2和n 3的能级上 但用光子去轰击处于基态的氢原子样品时 入射光子的能量必须为两能级的能量差值 即10 2ev 12 09ev 12 75ev 所以用12 6ev的光子去轰击时不能引起氢原子的跃迁 答案能n 2和n 3不能 1 2 3 4 5 6 7 7 处于n 3的氢原子能够自发地向低能级跃迁 1 跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化 解析电子从外轨道进入内轨道 半径变小 由于则ek 由此可知动能增大 在此过程中 原子向外辐射光子 因此