高考物理总复习 第15章 2讲 原子结构 氢原子光谱课件 新人教版.ppt

第二讲原子结构氢原子光谱 1 理解玻尔理论对氢原子光谱的解释 掌握氢原子的轨道半径公式和能级公式并能灵活运用 2 能用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题 3 了解原子的核式结构 知道 粒子散射实验及物理意义 一 原子的核式结构在原子中有一个很小的核 叫 它集中了原子的全部和几乎全部的 带负电的电子在核外空间绕核高速旋转 原子核半径的数量级为 二 氢原子光谱1 光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开 获得光的成分和分布的记录 即光谱 2 光谱分类 有些光谱是一条条的 这样的光谱叫做线状谱 有的光谱是连在一起的 这样的光谱叫做连续谱 原子核 正电荷 质量 10 15m 波长 频率 强度 亮线 光带 能否利用白炽灯的光谱来检测灯丝的组成部分 提示 不能 白炽灯的光谱是连续谱 不是原子的特征谱线 因而无法检测出灯丝的成分 三 玻尔理论 能级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 量子化 稳定 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 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不连续的 各状态可用正整数1 2 3 表示 叫做量子数 一般用n表示 辐射 吸收 能量差 e初 e末 能量值 最低 一 粒子的散射实验与核式结构模型1 原子的核式结构模型 1 卢瑟福的 粒子散射实验装置 如图所示 主要由 粒子源 金箔 荧光屏 放大镜和转动圆盘几部分组成 荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动 从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的 粒子 2 粒子散射实验现象 绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进 少数 粒子穿过金箔后发生了大角度偏转 极少数 粒子甚至被反弹回来 3 由 粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级为10 15m 而原子半径的数量级为10 10m 2 三个原子模型的对比 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 思维点拨 解答本题应注意以下两点 1 根据 粒子散射实验结果和玻尔理论综合分析 2 粒子接近原子核的过程中 动能与电势能相互转化 自主解答 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 答案 1 c 2 2 7 10 14m 误区警示 在该题中 不能将d 2 7 10 14m 认为是金原子核的半径 因 粒子没有接触原子核 只能是估算出原子核大小的数量级为10 14m 1 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 极少数偏转超过90 有的甚至接近180 被弹回b 使 粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子 当 粒子接近电子时 是电子的吸引力使之发生明显偏转 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及全部质量解析 题中选项a是对该实验现象的正确描述 故选项a正确 选项b中 使 粒子发生偏转的力是原子核对它的静电排斥力 而不是电子对它的吸引力 故选项b错误 选项c是对实验结论之一的正确分析 故选项c正确 原子核集中了全部正电荷和几乎全部的质量 因为核外还有电子 故选项d错误 答案 ac 友情提示 1 某定态时 核外电子的动能ek总是等于该定态总能量的绝对值 原子系统的电势能ep总是等于该定态总能量值的两倍 2 电子动能ek ke2 2r 随轨道半径r的减小而增大 随r的增大而减小 与v也直接相关 系统电势能ep ke2 r随轨道半径r的增大而增大 随r的减小而减小 原子的总能量e ke2 2r 也随轨道半径r的增大而增大 随r的减小而减小 3 某定态能量en ke2 2r e1 n2 0 表示氢原子核外电子处于束缚态 欲使氢原子电离 外界必须对系统至少补充ke2 2r 的能量 原子的能级越低 需要的电离能就越大 方法归纳 求解电子在某条轨道上的动能时要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来 2 氢原子辐射出一个光子后 根据玻尔理论 以下说法正确的是 a 电子的动能减少 电势能增大b 电子的动能增大 电势能减小c 电子绕核旋转的半径减小 周期变小d 电子绕核旋转的半径增大 周期变大 答案 bc 2 氢原子的能级图 1 能级图如图所示 2 能级图中相关量意义的说明 已知氢原子基态的能量是e1 一群处于n 4能级的氢原子自发跃迁 能释放6种光子 求其中频率最小的光子的能量 错源探究 不明能级值的意义而导致错误 状元笔记 氢原子核外电子处于无穷远处时的能量最高 e 0 处于基态时能量最低为e1 13 6ev 处于基态的氢原子吸收光子后跃迁到能量较高的激发态 所以处于较高激发态上的能级值大于基态 但都为负值 3 如图所示为氢原子能级的示意图 现有大量的氢原子处于n 4的激发态 当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光 关于这些光 下列说法正确的是 a 最容易表现出衍射现象的光是由n 4能级跃迁到n 1能级产生的b 频率最小的光是由n 2能级跃迁到n 1能级产生的c 这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光d 用n 2能级跃迁到n 1能级辐射出的光照射逸出功为6 34ev的金属铂能发生光电效应 答案 d 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光谱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不连续的d 氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 解析 氢原子的发射光谱是明线光谱 故a错误 b正确 电子跃迁形成光谱线 光谱线不连续则能级不连续 故c正确 由公式h em en可知 氢原子光谱的频率与原子能级的能量差有关 故d错误 答案 bc 2012金华质检 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 其研究过程可简单叙述为他们在如图所示的一只阴极射线管中充入要考察的汞蒸气 阴极发射出的电子受阴极k和栅极r之间的电压ur加速 电子获得能量后就能够激发和它碰撞的汞原子 参加碰撞的电子交出部分能量后速度减小 若实验得到汞原子的各能级比基态高以下能量值 4 88ev 6 68ev 8 78ev 10 32ev 此为汞原子的电离能 若现有加速到能量为7 97ev的电子进入汞蒸气后a 不能使汞原子激发 更不能使汞原子电离b 能使全部原子激发 且能使大部分汞原子电离c 若能测量出进入汞蒸气后电子的能量 则测得的能量值可能为4 88ev或6 68evd 若能测量出进入汞蒸气后电子的能量 则测得的能量值可能为1 29ev或3 09ev或7 97ev 解析 根据题意可知 只要入射电子的能量大于4 88ev 然后与汞原子碰撞 就能使汞原子激发 但要使