高考物理一轮复习 14.2原子结构课件.ppt

第2节原子结构 1 汤姆孙原子模型 枣糕 模型 1 研究阴极射线用测定粒子比荷的方法发现了电子 电子的发现证明了原子是可分的 2 汤姆孙原子模型 原子里面带的物质均匀分布在整个原子球体中 而则一粒粒镶嵌在球内 2 卢瑟福的 粒子散射实验 1 卢瑟福的 粒子散射实验装置 如下图所示 汤姆孙 正电荷 带负电的电子 一 原子结构 2 粒子散射实验现象 多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进 粒子穿过金箔后发生了大角度偏转 数 粒子甚至被反弹回来 3 卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个 叫原子核 原子的所有和几乎所有都集中在原子核里 带负电的在核外绕核旋转 由 粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级为m 而原子半径的数量级为m 绝大 少数 极少 很小的核 正电荷 质量 电子 10 15 10 10 1 玻尔原子模型 1 轨道假设 原子中的电子在库仑引力的作用下 绕原子核做圆周运动 电子绕核运动的可能轨道是的 2 定态假设 电子在不同的轨道上运动时 原子处于不同的状态 因而具有不同的能量 即原子的能量是的 这些具有确定能量的稳定状态称为定态 在各个定态中 原子是的 不向外辐射能量 不连续 不连续 稳定 二 玻尔理论 能级 3 跃迁假设 原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要或一定频率的光子 光子的能量等于两个状态的 即h 2 能级 在玻尔理论中 原子各个可能状态的叫能级 3 基态和激发态 原子能量的状态叫基态 其他能量 相对于基态 较高的状态叫激发态 4 量子数 现代物理学认为原子的可能状态是的 各状态可用正整数1 2 3 表示 叫做量子数 一般用n表示 吸收 放出 能级差 em en 能量值 最低 不连续 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 定态 横线左端的数字 1 2 3 表示量子数 右端的数字 13 6 3 4 表示氢原子的能级 相邻横线间的距离 表示相邻的能级差 量子数越大 相邻的能级差越小 带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁 原子跃迁条件为 h em en 特别提醒 能级越高 量子数越大 轨道半径越大 电子的动能越小 电势能越大 原子的能量肯定随能级的升高而变大 例1英国物理学家卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔实验 获得了重要发现 1 关于 粒子散射实验的结果 下列说法正确的是 a 证明了质子的存在b 证明了原子核是由质子和中子组成的c 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里d 说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 题型一 原子结构与 粒子散射实验 2 下列图中 o表示金原子核的位置 则能正确表示该实验中经过金原子核附近的 粒子的运动轨迹的是图中的 解析 1 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核 数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子 所以c对 a b错 玻尔发现了电子轨道量子化 d错 2 粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用 离核越近 斥力越大 偏转越明显 当正好击中原子核时 由于 粒子质量较小而反弹 答案 1 c 2 b 题型二 氢原子能级跃迁问题 例2如图所示为氢原子的能级图 现让一束单色光照射到大量处于基态 量子数n 1 的氢原子上 受激的氢原子能自发地发出三种不同频率的光 则照射氢原子的单色光的光子能量为 a 13 6evb 12 75evc 10 2evd 12 09ev 解析 多个氢原子处于n 3能级对应的激发态 才能够正好产生三种不同频率的光子 分别为h 1 e3 e2 h 2 e2 e1 h 3 e3 e1 故吸收光子能量必满足h e3 e1 12 09ev d正确 原子的跃迁条件h em en对于吸收光子和放出光子都适用 注意若吸收光子的能量大于基态电离能时 原子对光子的吸收不再受能级差限制 答案 d 方法与知识感悟 1 对原子跃迁条件的理解 1 原子从低能级向高能级跃迁 吸收一定能量的光子 当一个光子的能量满足h e末 e初时 才能被某一个原子吸收 使原子从低能级e初向高能级e末跃迁 而当光子能量h 大于或小于e末 e初时都不能被原子吸收 2 原子从高能级向低能级跃迁 以光子的形式向外辐射能量 所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差 3 原子跃迁条件h em en只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 对于光子和原子作用而使原子电离时 只要入射光的能量e 13 6ev 原子就能吸收 对于实物粒子与原子作用使原子激发时 粒子能量大于或等于能级差即可 2 量子数为n的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定方法 如果是一个氢原子 向低能级跃迁时辐射光子的可能频率种数为 n 1 如果是一群氢原子 向低能级跃迁时最多发出的光子种数为cn2 1 在卢瑟福进行的 粒子散射实验中 少数 粒子发生大角度偏转的原因是 a 正电荷在原子中是均匀分布的b 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上c 原子中存在着带负电的电子d 原子核中有中子存在 b 解析 粒子散射实验证明了原子的核式结构模型 卢瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域 才有可能出现 粒子的大角度散射 选项b正确 2 根据玻尔理论 在氢原子中量子数n越大 则 a 电子轨道半径越小b 核外电子速度越小c 原子能级能量越小d 原子的电势能越小 b 3 氢原子的能级如图所示 已知可见光的光子能量范围约为1 62ev 3 11ev 下列说法错误的是 d 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n 4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n 2能级的氢原子被h 3 11ev的可见光照射时 能发生电离 解析 要使处于n 3能级的氢原子电离 其光子的能量必须大于或等于1 51ev 而紫外线光子的能量大于3 11ev 故能使n 3能级的氢原子电离 a选项正确 大量氢原子从高能级向n 3能级跃迁时 发出的光子在红外线区 故具有显著的热效应 b选项正确 大量氢原子由n 4能级向低能级跃迁时 可能放出6种不同频率的光 由以上分析可知 c选项正确 要使n 2能级的氢原子电离至少需要3 40ev的能量 而h 3 11ev的能量小于3 40ev 所以不能使它电离 d选项错误 b 解析 大量处于基态的氢原子吸收光子后 再发生跃迁时只有三种频率的光谱 这说明是从n 3的能级向低能级跃迁 根据能量守恒有 h 3 h 2 h 1 解得 3 2 1 选项b正确 巩固基础 1 有关氢原子光谱的说法正确的是 a 氢原子的发射光谱是连续谱b 氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光c 氢原子光谱说明氢原子能级是分立的d 氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 bc 解析 氢原子光谱是线状光谱 说明了氢原子的能级是分立的 故a错误 b c正确 氢原子的光谱线频率可由h em en求得 可见d错误 2 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 这一模型建立的基础是 a 粒子的散射实验b 对阴极射线的研究c 天然放射性现象的发现d 质子的发现 a 解析 卢瑟福根据 粒子的散射实验的结果 提出原子的核式结构模型 所以a项正确 3 图为卢瑟福和他的同事们做 粒子散射实验的装置示意图 荧光屏和显微镜一起分别放在图中的a b c d四个位置时 观察到的现象描述错误的是 c a 在a位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多b 在b位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数比在a位置时少得多c 在c d位置时 屏上观察不到闪光d 在d位置时 屏上仍能观察到一些闪光 但次数极少 解析 因为绝大多数粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进 在a位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 a正确 因为少数粒子穿过金箔后发生了较大偏转 在b位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数比在a位置时要少得多 b正确 粒子散射实验中有极少数粒子偏转角超过90 甚至接近180 在c d位置仍能观察到闪光 但次数极少 所以c错误 d正确 4 2012江苏 如图所示是某原子的能级图 a b c为原子跃迁所发出的三种波长的光 在下列该原子光谱的各选项中 谱线从左向右的波长依次增大 则正确的是 c 提升能力 5 2012四川 如图为氢原子能级示意图的一部分 则氢原子 a 从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2能级辐射出电磁波的波长长b 从n 5能级跃迁到n 1能级比从n 5能级跃迁到n 4能级辐射出电磁波的波速大c 处于不同能级时 核外电子在各处出现的概率是一样的d 从高能级向低能级跃迁时 氢原子核一定向外辐射能量 a 解析 因为e4 e3 0 66ev e3 e2 1 89ev 根据c 和 en em得从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2能级辐射出电磁波的波长长 选项a正确 电磁波在真空中的传播速度都相等 与光子的频率无关 选项b错误 氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的 能级越低 在靠近原子核较近的地方出现的频率越大 选项c错误 氢原子从高能级跃迁到低能级时 是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量 选项d错误 6 如图所示为氢原子的能级图 用大量能量为12 76ev的光子照射一群处于基态的氢原子 氢原子发射出不同波长的光波 其中最多包含有几种不同波长的光波 a 3种b 4种c 5种d 6种 d 7 氢原子部分能级的示意图如图所示 不同色光的光子能量如下表所示 处于某激发态的氢原子 发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条 其颜色分别为 a 红 蓝 靛b 黄 绿c 红 紫d 蓝 靛 紫 a 解析 原子发光时光子的能量等于原子能级差 先分别计算各相邻的能级差 再由小到大排序 结合可见光的光子能量表可知 有两个能量分别为1 89ev和2 55ev的光子属于可见光 并且属于红光和蓝 靛的范围 故答案为a 8 氦原子被电离出一个核外电子 形成类氢结构的氦离子 已知基态的氦离子能量为e1 54 4ev 氦离子的能级示意图如图所示 在具有下列能量的光子或者电子中 不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 a 42 8ev 光子 b 43 2ev 电子 c 41 0ev 电子 d 54 4ev 光子 a 解析 离子吸收光子发生能级跃迁时 光子的能量必须满足能级差值 而吸收电子的能量发生跃迁时 只需电子的能量大于能级差值即可 故选a 9 大量氢原子处于不同能量激发态 发生跃迁时放出三种不同能量的光子 其能量值分别是 1 89ev 10 2ev 12 09ev 跃迁发生前这些原子分布在激发态能级上 其中最高能级的能量值是ev 基态能量为 13 6ev 2 1 51 解析 由于氢原子基态能量为 13 6ev 跃迁时放出三种不同能量的光子 应在2激发态 由能级跃迁公式h em en可知最高能级的能量值为12 09 13 6 1 51ev 10 如图所示为氢原子最低的四个能级 当氢原子在这些能级间跃迁时 1 有可能放出几