高考一轮总复习物理课件第13章原子结构原子核131

1、高考一轮总复习,必考部分,第,13,章,原子结构,原子核,第,1,讲,原子结构,氢原子光谱,板块一,主干梳理,对点激活,知识点,1,氢原子光谱,1.,原子的核式结构,(1),电子的发现：英国物理学家,发现了电子。,汤姆孙,(2),粒子散射实验：,1909,1911,年，英国物理学家,和他的助手进行了用,粒子轰击金箔的实验，实,验发现,粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方,向前进，但有,粒子发生了大角度偏转，,粒,子偏转的角度甚至大于,90,，,也就是说它们几乎被“撞”了回,来。如图所示。,卢瑟福,绝大多数,少数,极少数,(3),原子的核式结构模型：,在原子中心有一个很小的核，,原子全部的,和几乎全

2、部,都集中在核里，带,负电的电子在核外空间绕核旋转。,正电荷,质量,2,光谱,(1),光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光,的,(,频率,),和强度分布的记录，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。,波长,亮线,光带,(3),氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱,在可见光区的谱线，其波长公式,1,，,(,n,3,4,5,，,),，,R,是里德伯常量，,R,1.10,10,7,m,1,，,n,为量子,数。,(4),光谱分析：每种原子都有自己的,，可用,来鉴别物质和确定物质的组成成分，灵敏度很高

3、。,R,?,?,?,?,?,?,?,?,1,2,2,1,n,2,特征谱线,知识点,2,氢原子的能级结构、能级公式,1.,玻尔理论,(1),定态：原子只能处于一系列,的能量状态中，,在这些能量状态中原子是,的，,电子虽然绕核运动，,但,并不向外辐射能量。,(2),跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐,射或吸收一定频率的光子，,光子的能量由这两个定态的能量,差决定，,即,h,。,(,h,是普朗克常量，,h,6.63,10,34,J,s),不连续,稳定,E,m,E,n,(3),轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨,道绕核运动相对应。,原子的定态是,，,因此电子,的可能轨道也是,。,2

4、,基态和激发态,原子能量最低的状态,(,n,1),叫,，,其他能量较高的,状态,(,n,2),叫,。,不连续的,不连续的,基态,激发态,3,氢原子的能级和轨道半径,(1),氢原子的能级公式：,E,n,(,n,1,2,3,，,),，其,中,E,1,为基态能量，其数值为,E,1,。,(2),氢原子的半径公式：,r,n,(,n,1,2,3,，,),，其,中,r,1,为基态半径，又称玻尔半径，其数值为,r,1,0.53,10,10,m,。,1,n,2,E,1,13.6,eV,n,2,r,1,双基夯实,一、思维辨析,1,粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质,量集中在一个很小的核上。,(,),2,氢

5、原子由能量为,E,n,的定态向低能级跃迁时，氢原,子辐射的光子能量为,h,E,n,。,(,),3,氢原子光谱是线状的，不连续的，波长只能是分立,的值。,(,),4,电子的发现证明了原子核是可再分的。,(,),二、对点激活,1,粒子散射实验,在卢瑟福,粒子散射实验中，金,箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中,两个,粒子经历金箔散射过程的径迹，,其中正确的是,(,),解析,粒子散射实验中，,入射的,粒子只有靠近金箔,原子核时在其斥力作用下发生大角度偏转，,图,A,、,D,中出现,引力情况，这是不可能的，图,B,中其中一个,粒子的径迹,不对，只有选项,C,正确。,2,原子的核式结构,下

6、列对原子结构的认识中，不正,确的是,(,),A,原子中绝大部分是空的，原子核很小,B,电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力,C,原子的全部正电荷都集中在原子核里,D,原子核的直径大约为,10,10,m,解析,卢瑟福的,粒子散射实验证明，原子具有核式,结构，原子中绝大部分是空的，原子核集中在很小的空间，,而且原子的全部正电荷都集中在原子核里，,选项,A,、,C,说法,正确；,在核式结构模型中，,原子核处于原子中心，,电子绕原,子核做圆周运动，,向心力是原子核与电子间的库仑引力，,选,项,B,正确；原子直径大约为,10,10,m,，原子核的直径远小于,原子直径，大约为,10,15,m,，选项,D,错

7、误。,3,光谱分析,太阳的连续谱中有许多暗线，它们对应,着某些元素的特征谱线，,产生这些暗线的原因是由于,(,),A,太阳表面大气层中缺少相应的元素,B,太阳内部缺少相应的元素,C,太阳表面大气层中存在着相应的元素,D,太阳内部存在着相应的元素,解析,吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光被物,质吸收后产生的。太阳光的吸收光谱应是太阳内部发出的,强光经较低温度的太阳大气层时某些波长的光被太阳大气,层的元素吸收而产生的，故选,C,。,4,氢原子能级图,可见光光子的能量在,1.61,3.10,eV,范围内，若氢原子从高能级跃迁到量子数为,n,的低能级的,谱线中有可见光，根据氢原子能级图,(,如图所示

8、,),，可判断,n,为,(,),A,1,B,2,C,3,D,4,解析,由题图可以看出，若,n,1,，则由高能级向低能,级跃迁时，释放出的光子的最小能量为,E,E,2,E,1,10.2,eV,；若,n,2,，则由高能级向低能级跃迁时释放出的光子的,最小能量为,E,E,3,E,2,1.89,eV,；若,n,3,，则释放光子的,最大能量为,E,1.51,eV,。由此可知，选项,B,正确。,板块二,考点细研,悟法培优,考点,原子的核式结构及光谱,自主练透,粒子散射实验,(1),粒子散射实验装置,(2),粒子散射实验结果分析,核外电子不会使,粒子的速度发生明显改变。,汤姆孙模型不能解释,粒子的大角度散射

9、。,绝大多数,粒子沿直线穿过金箔，,说明原子中绝大部,分是空的；,少数,粒子发生较大角度偏转，,反映了原子内部,集中存在着对,粒子有斥力的正电荷；极少数,粒子甚至,被“撞了回来”，反映了个别,粒子正对着质量比,粒子,大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。,(3),核式结构模型的局限性,卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释,粒子散,射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳,定性。,1,2016,通化二模,下列能揭示原子具有核式结构的是,(,),A,粒子散射实验,B,天然放射现象,C,电子的发现,D,氢原子光谱是线状谱,解析,粒子散射实验中少数,粒子能发生大角度偏,转，,说明原

10、子中绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核,上，卢瑟福就此提出了原子具有核式结构学说，故,A,正确；,天然放射现象揭示了原子核有复杂的结构，故,B,错误；电,子的发现揭示了原子有复杂结构，故,C,错误；氢原子光谱,的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征，,故,D,错误。,2,(,多选,),下列说法中正确的是,(,),A,进行光谱分析，,可以用线状谱，,也可以用吸收光谱,B,光谱分析的优点是非常灵敏而迅速,C,使一种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸,气，取得吸收光谱，就可以对前者的化学组成进行分析,D,摄下月球的光谱，,可以分析出月球是由哪些元素组,成的,解析,由于每种元素都有自己的

11、特征谱线，因此，可,以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。所以光谱分,析可以用线状谱或者吸收光谱。吸收光谱分析的是低温蒸,气物质的化学组成。月球的光谱是太阳的反射光谱，故不,能分析月球是由哪些元素组成的。,考点,氢原子能级图及原子跃迁,自主练透,1,能级图中相关量的说明,相关量,意义,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,n,越大表示能级越高,横线右端的数字,“,13.6,，,3.4,”,表示氢原子的能量,相邻横线间的,距离,表示相邻的能量差，量子数越,大相邻的能量差越小，距离越,小,带箭头的竖线,表示原子由较高能级向较低,能级跃迁

12、，原子跃迁的条件为,h,E,m,E,n,氢原子的能级图如图所示。,2,对原子跃迁条件,h,E,m,E,n,的说明,(1),原子跃迁条件,h,E,m,E,n,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。,(2),当光子能量大于或等于,13.6 eV,时，,也可以被处于基,态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸,收的光子能量大于,13.6 eV,时，氢原子电离后，电子具有一,定的初动能。,(3),原子还可吸收外来实物粒子,(,例如自由电子,),的能量,而被激发。,由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值,(,E,E,m,E

13、,n,),，均可使原子发生能级跃迁。,3,跃迁中易混问题,氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能,处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃,迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器,中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有,各种情况出现了。,一个氢原子处于量子数为,n,的激发态时，最多辐射出,的光谱线条数为,N,n,1,，一群氢原子处于量子数为,n,的,激发态时，可能辐射出的光谱线条数为,N,n,?,n,1,?,2,C,2,n,。,1,2016,长沙模拟,(,多选,),以下关于玻尔原子理论的说,法正确的是,(,),A,电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任

14、意的,B,电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐,射,C,电子从量子数为,2,的能级跃迁到量子数为,3,的能级,时要辐射光子,D,不同频率的光照射处于基态的氢原子时，,只有某些,频率的光可以被氢原子吸收,E,氢原子光谱有很多不同的亮线，,说明氢原子能发出,很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱,解析,由于氢原子的轨道是不连续的，故,A,正确；电,子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃,迁时才会产生电磁辐射，故,B,错误；氢原子在不同的轨道,上的能级,E,n,1,n,2,E,1,，电子从量子数为,2,的能级跃迁到量子,数为,3,的能级时要吸收光子，故,C,错误。由于氢原子发射,

15、的光子的能量：,E,E,n,E,m,1,n,2,E,1,1,m,2,E,1,h,，,不同频率的,光照射处于基态的氢原子时，,只有某些频率的光可以被氢原,子吸收，故,D,正确；光谱有很多不同的亮线，说明氢原子,能发出很多不同频率的光，,是特征谱线，,但它的光谱不是连,续谱，故,E,正确。,2. 2016,汕头一模,(,多选,),氢原子的能级如图所示。,氢原,子从,n,4,能级直接向,n,1,能级跃迁所放出的光子，恰能,使某金属产生光电效应，下列判断正确的是,(,),A,氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大,B,该金属的逸出功,W,0,12.75 eV,C,用一群处于,n,3,能级的氢原子向低能级跃

16、迁时所,发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出,D,氢原子处于,n,1,能级时，其核外电子在最靠近原,子核的轨道上运动,解析,氢原子发生跃迁，,辐射出光子后，,氢原子能量变,小，故,A,错误。根据恰能使某金属产生光电效应，由,n,4,跃迁到,n,1,，,辐射的光子能量最大，,E,13.6 eV,0.85 eV,12.75 eV,，,则逸出功,W,0,12.75 eV,，,故,B,正确。,一群处于,n,3,的氢原子向低能级跃迁时，,辐射的能量小于从,n,4,能,级直接向,n,1,能级跃迁所放出的光子能量，则不会发生光,电效应，故,C,错误。根据玻尔原子模型可知，处于,n,1,能,级时，其核外电

17、子在最靠近原子核的轨道上运动，故,D,正,确。,3,2016,柳州模拟,大量氢原子处于相同能量激发态，,发生跃迁时放出三种不同能量的光子，,其能量值分别是,1.89,eV,、,10.2,eV,、,12.09,eV,。跃迁发生前这些原子分布在第,_,个,激,发,态,能,级,上,，,其,中,最,高,能,级,的,能,量,值,是,_ eV(,基态能量为,13.6 eV),。,2,1.51,解析,根据向低能级跃迁时，可以发出,3,种不同频率,的光子，跃迁发生前这些原子分布在第,2,个激发态能级上,(,即,n,3,能级上,),。处于基态的氢原子能量为,13.6 eV,，最,高能级的能量值是,13.6 eV

18、,12.09 eV,1.51 eV,。,考点,与能级有关的能量问题,名师点拨,氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规,律,(1),电子动能变化规律,从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向,心力，即,k,e,2,r,2,m,v,2,r,，所以,E,k,n,ke,2,2,r,n,，随,r,增大而减小。,从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引,力做负功，故电子动能减小。反之，当轨道半径减小时，,库仑引力做正功，故电子的动能增大。,(2),原子的电势能的变化规律,通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引,力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，,库仑引力做正功，原子

19、的电势能减小。,利用原子能量公式,E,n,E,k,n,E,p,n,判断，当轨道半径,增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能,增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动,能增大，故原子的电势能减小。,(3),原子能量变化规律：,E,n,E,k,n,E,p,n,E,1,n,2,，随,n,增大,而增大，随,n,的减小而减小，其中,E,1,13.6 eV,。,例,1,已,知,氢,原,子,基,态,的,电,子,轨,道,半,径,为,r,1,0.528,10,10,m,，量子数为,n,的能级值为,E,n,13.6,n,2,eV,。,(1),求电子在基态轨道上运动的动能；,(2),有一群氢原

20、子处于量子数,n,3,的激发态，,画一张能,级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱,线？,(3),计算这几种光谱线中波长最短的波长。,(,静力电常量,k,9,10,9,N,m,2,/C,2,，电子电荷量,e,1.6,10,19,C,，普朗克常量,h,6.63,10,34,J,s,，真空中光速,c,3.00,10,8,m/s),(1),如何计算电子的动能？,(2),如何计算光谱线的波长？,提示：,库仑力提供向心力。,提示：,E,n,E,m,h,c,。,尝试解答,(1)13.6 eV,(2),(3)1.03,10,7,m,(1),核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心,力，则,ke

21、,2,r,2,1,m,v,2,r,1,，又知,E,k,1,2,m,v,2,，故电子在基态轨道的动,能为：,E,k,ke,2,2,r,1,9,10,9,?,1.6,10,19,?,2,2,0.528,10,10,J,2.18,10,18,J,13.6 eV,。,(2),当,n,1,时，能级值为,E,1,13.6,1,2,eV,13.6 eV,。,当,n,2,时，能级值为,E,2,13.6,2,2,eV,3.4 eV,。,当,n,3,时，能级值为,E,3,13.6,3,2,eV,1.51 eV,。,能发出的光谱的线分别为,3,2,2,1,3,1,共,3,种，,能级,图如图所示。,(3),由,E,3

22、,向,E,1,跃迁时发出的光子频率最大，波长最短。,h,E,3,E,1,，又知,c,则有,hc,E,3,E,1,6.63,10,34,3,10,8,12.09,1.6,10,19,m,1.03,10,7,m,。,如图为氢原子能级示意图，,现有动能是,E,(eV),的某个粒,子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动，并发,生碰撞。已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等。,碰撞后氢原子受激发跃迁到,n,4,的能级。,(,粒子的质量,m,与氢原子的质量,m,H,之比为,k,),求：,(1),碰前氢原子的动能；,(2),若有一群氢原子处在,n,4,的能级，,会辐射出几种频,率的光？其中频率最高

23、的光子能量多大？,答案,(1),kE,(2)6,种,12.75 eV,解析,(1),设,v,和,v,H,分别表示粒子和氢原子的速率，,由,题意可知,m,v,m,H,v,H,0,，,又,E,1,2,m,v,2,，,m,m,H,k,，,联立解得：,E,H,1,2,m,H,v,2,H,kE,。,(2),根据,C,2,4,6,知，会辐射出,6,种不同频率的光。,频率最高的光子能量为：,E,E,4,E,1,0.85,eV,(,13.60) eV,12.75 eV,。,板块三,高考模拟,随堂集训,1,2016,北京高考,处于,n,3,能级的大量氢原子，向,低能级跃迁时，辐射光的频率有,(,),A,1,种,

24、B,2,种,C,3,种,D,4,种,解析,处于,n,3,能级的大量氢原子向低能级跃迁，,辐,射光的频率有,C,2,3,3,种，故,C,项正确。,2,2015,天津高考,物理学重视逻辑，崇尚理性，其理,论总是建立在对事实观察的基础上。下列说法正确的是,(,),A,天然放射现象说明原子核内部是有结构的,B,电子的发现使人们认识到原子具有核式结构,C,粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的,D,密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的,解析,天然放射现象说明原子核是可分的，即核内部,是有结构的，,A,项正确；电子的发现使人们认识到原子是,可分的，,B,项错误；,粒子散射实验的重要发现是原子具有,核

25、式结构，,C,项错误；密立根油滴实验精确地测出了电子,的电荷量，,D,项错误。,3,2014,山东高考,(,多选,),氢原子能级如图，当氢原子,从,n,3,跃迁到,n,2,的能级时，辐射光的波长为,656 nm,。,以下判断正确的是,(,),A,氢原子从,n,2,跃迁到,n,1,的能级时，,辐射光的波,长大于,656 nm,B,用波长为,325,nm,的光照射，可使氢原子从,n,1,跃迁到,n,2,的能级,C,一群处于,n,3,能级上的氢原子向低能级跃迁时最,多产生,3,种谱线,D,用波长为,633 nm,的光照射，不能使氢原子从,n,2,跃迁到,n,3,的能级,解析,由,h,c,E,2,E,1,及