福建省高中物理第一轮总复习 第15章第1课时 原子结构课件鲁科版 新课标.ppt

原子结构 第十五章 本章的重点是 氢原子光谱 氢原子能级和能级公式 原子核的衰变及衰变规律 核反应 原子核的结合能 质量亏损 核裂变及核聚变 光电效应 爱因斯坦光电效应方程 本章的难点是核能的计算和对跃迁及波粒二象性的理解 本章知识在高考中的重现率为百分之百 考查的内容以核反应方程 氢原子能级图和核能的计算等知识为主 题型以选择题为主 本章知识全部为 级要求 在高考时重点是对基本概念和规律的考查 此类试题较容易 也会有应用层次的试题 但仍以基本概念和规律为依托 多数以信息题的形式出现 本章知识在全国所有高考卷均年年考 每套至少一题 原子的核式结构 玻尔理论 能级公式 原子跃迁条件这部分内容既可能单独出现 也可能与其他内容联合命题 半衰期 质能方程的应用 计算以及核反应方程的书写是高考的热点 这部分内容较为简单 在学习中要注意抓好基本知识 裂变 聚变及三种射线这部分内容在高考命题中可能结合动量守恒 电场 磁场等知识来研究带电粒子在电场 磁场中的运动 由于高考对本章考查的知识面较广 因此还要重视阅读课本 8 一 玻尔的原子模型玻尔原子模型是以假说的形式提出来的 它包括以下三方面的内容 1 轨道假设 即轨道是的 只能是某些分立的值 2 定态假设 即不同的轨道对应着不同的状态 这些状态中原子是的 不向外辐射能量 量子化 能量 稳定 3 跃迁假设 原子在不同的状态下具有不同的 从一个定态向另一个定态跃迁时要或一定频率的光子 该光子的能量等于这两个状态的 二 能级在玻尔原子模型中 原子的可能状态是的 因此各状态对应的能量也是的 这些能量值叫能级 能量 辐射 吸收 能级差 不连续 不连续 三 基态与激发态能量最低的状态叫做 其他能量状态叫激发态 四 光子的发射与吸收原子由激发态向基态跃迁时出光子 由基态向激发态跃迁时要光子 光子的频率与能级的关系 基态 辐射 吸收 h em en 五 氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r1 量子数为n的激发态轨道半径为rn 则有rn n 1 2 3 设基态能量为e1 量子数为n的激发态能量为en 则有en n 1 2 3 对于氢原子而言 r1 0 53 10 10m e1 13 6ev n2r1 原子的核式结构模型卢瑟福通过对 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 卢瑟福精确统计了向各个方向散射的 粒子的数目 提出了原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫做原子核 原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外的空间运动 答案为a选项 分析原子结构时 容易将原子结构与原子核结构混淆 原子结构解释的是原子核和电子的关系 原子核结构解释的是原子核内部质子和中子的关系 变式训练1 根据 粒子散射实验 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 图15 1 1中虚线表示原子核所形成的电场的等势线 实线表示一个 粒子的运动轨迹 在 粒子从a运动到b 再运动到c的过程中 下列说法中正确的是 a 动能先增大 后减小b 电势能先减小 后增大c 电场力先做负功 后做正功 总功等于零d 加速度先变小 后变大 图15 1 1 解析 a粒子从a点经b点到达等势点c的过程中电场力先做负功 后做正功 a粒子的电势能先增加 后减小 动能先减小 后增大 回到同一等势线上时 电场力做的总功为零 答案 c 正确认识氢原子光谱的特点 掌握氢原子发光或吸收光的规律氢原子处于基态时 原子的能量e1 13 6ev 根据玻尔的原子理论 求 1 当氢原子从n 3的能级跃迁到n 2的能级时 向外辐射的光波的波长是多少 2 若要使处于基态的氢原子电离 至少要用多大频率的光照射氢原子 3 氢原子在n 4的能级时可放出几种不同的光子 其中频率最高的光子其频率为多大 该光子是由哪两个能级的跃迁产生的 氢原子的能级公式是en n 1 2 3 由此可以计算出当e1 13 6ev时 e2 3 4ev e3 1 51ev e4 0 85ev 1 由跃迁公式知h e3 e2 h e3 e2 6 58 10 7m 2 使氢原子电离的条件是提供足够大的能量让氢原子吸收 使氢原子的核外电子成为自由电子 此时 氢原子的能量为e 0 可见 使处于基态的氢原子电离 提供的能量为 e e e1 e1 13 6ev 如果用光照射使氢原子电离 则照射光的频率必须满足h 0 e1 3 28 1015hz 3 氢原子处在n 4的能级时 因其能量状态较高而不稳定 很容易向较低的能量状态跃迁而发光 在跃迁过程中 可以直接跃迁到最低的能量状态 基态 也可以向其他较低的能量状态跃迁 但在其他较低能量状态时 仍然不稳定 还会发生跃迁 因此 氢原子发光存在较多的可能性 如上图显示了各种可能的跃迁情况 由图可知 氢原子在n 4的能级时可放出6种不同频率的光子 其中频率最高的光子应为两个能量差最大的能级的跃迁而产生的 因此 这条光线是由n 4向n 1的跃迁产生的 由跃迁公式知h e4 e1 3 08 1015hz 正确理解氢原子电离的意义是解答照射光频率的关键 使原子电离的方式很多 光照是其中的一种 特别注意 光的能量是不连续的 变式训练2 如图15 1 2所示 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 辐射出能量为2 55ev的光子 问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量 才能使它辐射上述能量的光子 请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 图15 1 2 解析 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 满足 h en e2 2 55even h e2 0 85ev 所以n 4 基态氢原子要跃迁到n 4的能级 应提供 de e4 e1 12 75ev 跃迁图如下图所示 掌握原子结构和原子能级的有关知识 综合解答相关问题在氢原子中 已知电子质量为m 电荷量为e 第一轨道的半径为r1 基态时氢原子的能量为e1 求电子在不同轨道上运动时的线速度vn 旋转频率fn 与电子转动相当的环形电流in 动能ekn 电势能epn 根据原子的核式结构理论 电子绕原子核做圆周运动的向心力由库仑力提供且rn n2r1 vn fn in epn en ekn 在解决氢原子的核外电子运动问题时 应把握好圆周运动知识与玻尔理论的两个公式的联系 根据不同轨道半径大小和原子的能量来求解其他物理量 变式训练3 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 氢原子辐射光子后 原子的总能量减小 电子从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道 b 氢原子从能级a跃迁到能级b时 辐射出波长为 1的光子 从能级a跃迁到c时 辐射出波长为 2的光子 若 1 2 则氢原子从能级b跃迁到能级c时 是吸收光子还是放出光子 对应的光子的波长为多大 由题设可知 氢原子从能级a跃迁到能级b时既然发射光子 说明能级a比能级b高 且h 1 ea eb 1 同理可以得到 能级a比能级c高 且h 2 ea ec 2 由于 1 2 得eb ec 可见 氢原子从能级b跃迁到能级c时 应该放出光子 且放出光子的波长满足h eb ec ea ec ea eb 原子从低能级向高能级跃迁 吸收一定能量的光子 从高能级向低能级跃迁 辐射一定能量的光子 光子的能量恰等于两能级间的能量差 变式训练4 2010 全国课标卷 用频率为 0的光照射大量处于基态的氢原子 在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 1 2 3的三条谱线 且 3 2 1 则 解析 因为仅发射出三种频率的光子 且 3 2 1 所以h 3 e3 e1 h 2 e2 e1 h 1 e3 e2 所以h 3 h 2 h 1 故b项对 c d项错 入射光子h 0 h 3 所以 0 1 a项错 b 基础训练 1 原子的核式结构理论的主要内容是 a 原子的中心有个核叫原子核b 原子的正电荷均匀分布在整个原子中c 原子的全部质量和全部电荷都集中在原子核里d 电子在原子核内旋转 a 基础训练 2 根据玻尔理论 氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后 下列说法中正确的是 a 原子的能量增加 电子的动能减少b 原子的能量增加 电子的动能增加c 原子的能量减少 电子的动能减少d 原子的能量减少 电子的动能增加 基础训练 解析 氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 因能级降低 会释放出光子 根据能量守恒 氢原子的能量减少 在此过程中 由于电子受库仑力的作用 并且库仑力对电子做正功 因此 电子动能增加 答案d正确 基础训练 3 一群处于n 3激发态的氢原子 当它自发跃迁到较低能级时 最多可能发出的光谱条数为 a 6条b 3条c 2条d 1条 基础训练 解析 基础训练 4 已知氢原子的能级规律为e1 13 6ev e2 3 4ev e3 1 51ev e4 0 85ev 现用光子能量介于11ev 12 5ev范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子 则下列说法中正确的是 a 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种b 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种c 激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有4种d 激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有2种 基础训练 解析 处于基态的氢原子能够吸收的光子 其能量只有de e3 e1 12 09ev这一种 因此 照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种 吸收光子后 氢原子跃迁到n 3的能量状态 根据玻尔理论 可以发射的不同能量的光子最多有3种 答案 a 5 一群处于n 4激发态的氢原子 当它们自发跃迁到较低能级时 下列选项中错误的是 a 从n 4跃迁到n 3时 辐射出的光子波长最长b 从n 4直接跃迁到n 2时 发出可见光的光子c 从n 4直接跃迁到n 1时 发出的光子波长最长d 从n 4直接跃迁到n 1时 发出的光子频率最大 基础训练 基础训练 解析 发出的光子波长最长的是能量最小的 频率最高的是能量最大的 根据玻尔理论 可以判断答案ad正确 从n 4直接跃迁到n 2时 发出的光子正好是巴耳末线系的第二条光谱线 属于可见光 答案b正确 故选c 提升训练 6 氦原子被电离一个核外电子 形成类氢结构的氦离子 已知基态的氦离子能量为e1 54 4ev 氦离子能级的示意图如图15 1 3所示 下列能量的光子中 不能被基态氦离子吸收而使其发生跃迁的是 a 40 8evb 43 2evc 51 0evd 54 4ev 提升训练 图15 1 3 提升训练 解析 因en e1 de当de 40 8ev时 en 13 6ev e2当de 43 2ev时 en 11 2ev当de 51 0ev时 en 3 4ev e4当de 54 4ev时 en 0 e 可见 不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是b 答案 b 提升训练 7 2010 重庆卷 氢原子部分能级的示意图如图15 1 4所示 不同色光的光子能量如下表所示 提升训练 图15 1 4 提升训练 处于某激发态的氢原子 发射的光的谱线存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 解析 原子