高考物理总复习选考部分第4讲原子结构氢原子光.

1、原子结构氢原子光谱 基回 一.SB基础繚豐八门-5m-、原子结构电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子.1. 粒子散射实验1909-1911年，英国物理学家竺越和他的助手进行了用很粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数仅粒子穿过金箔后基 本上仍沿原来方向前进,但有少数a粒子发生了大角度偏转，偏 转的角度甚至大于90。，也就是说它们几乎被“撞"了回来.3原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的一正电荷 和几乎全部质最 都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.认识原子结构的线索气体放电的研究 阴极射线 发现电子 汤姆孙的“枣糕模型” “粒壬畑实验卢瑟福核式结构模型氢原

2、壬光遷的研究玻尔模型(2)三种原子模型的对比实验基础结构差异成功和局限“枣糕 模型”电子的发 现帶正电物质均匀分 布在原子内，电子 镶嵌其中解释了一些实验现 象，无法说明a粒子 散射实验核式结 构模型仪粒子散 射实验全部正电荷和几乎 全部质量集中在核 里，电子绕核旋转成功解释了疣粒子散 射实验，无法解释原 子的稳定性与原子光谱的分立特征玻尔的 原子模 型氢原子光 谱的研究在核式结构模型基 础上，引入量子化 观点成功解释了氢原子光 谱，无法解释较复窖 的原子光谱二、氢原子光谱与玻尔理论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住

3、连里的.(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，即原子的能量是不连续的.这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是稳定的,不向外辐射能量.(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一吸收 或放出一定频率的光子,光子的能量等于两个状态 的 能量差，即11V= ElEi .2.能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的 能疑值 叫 能级.2. 基态和激发态：原子能量撮低的状态叫基态，其他能量 (相对于基态)较高的状态叫激发态.3. 量子数：现代物理学认为原子的可能状态是还逵线的,各状态可用正整数1,2,3,表示,叫做量子数，

4、一般用表示.4. 氢原子的能级和轨道半径(1) 氢原子半径公式心=上二门( =1,2,3,)，其中门为基态半径，也称为玻尔半径” n=().53X10-»» m.(2) 氢原子能级公式E“= /' Q( = l23)，其中为氢原子基态的能量值,器易密辩祈1.大量原子发光的光谱是连续的，少量原子发光的光谱是不连续的（ ）答案：X2.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率（）答案：X3氢原子由能量为E”的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射 的光子能量为hv=E（）答案：X4.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁（）答案：X5.根据玻尔模型，原子中电子绕核

5、运转的半径可以取任意值（）答案：X5. 原子的能量量子化的现象是指原子的能量状态是不连续的（）答案：V6. 电子绕核旋转的半径越大，动能越小，电势能越大，总能量越大（）答案：J考点）互动探究考向一I氨原子能级跃迁和光谱线问题1 氢原子的能级图（如下图所示）5432E/cV -r-()I-1.51-13.634O(1) 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态.(2) 横线左端的数字“丄,2,3”表示量子数，右端的数字 “-13.6, -3.40 ”表示氢原子的能级.(3) 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.(4) 带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁

6、，原子跃迁条件为：hv - E,n - Eh.2. (1)能级越高，量子数越大，轨道半径越大，电子的动能 越小，但原子的能量肯定随能级的升高而变大.(2)原子跃迁发 出的光谱线条数是一群氢原子，而不是一个.（2012-四川卷）如右图所示为氢原子能级图示意图的部分，则氢原子（ ）-13.6A从川=4能级跃迁到=3能级比从=3能级跃迁到/ =2能级辐射出的电磁波的波长长B. 从=5能级跃迁到n = l能级比从畀=5能级跃迁到/ =4能级辐射出的电磁波的速度大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出能 量2【解析】辐射出的电磁波的能量E-h

7、v-he/；. = Em- E,i9 所以A正确；电磁波在真空中的速度都是光速c,故B错；处 于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，C也错 误；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子一定向外辐射出能量， 不是原子核輻射能量，故D也错误.正确答案为A【答案】AE国圉目營(1)一个原子和一群原子的区别：一个氢原 子只有一个电子，在某个时刻电子只能在某一个可能的轨道上, 当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，可能情况有多种但产生的跃迁只有一种.而如果是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况.（2）入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起 原子跃迁，则要求光子的能量

8、必须等于原子的某两个能级差；若 是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等 于原子的某两个能级差.两种情况有所区别.变式训练1（2013南京四校阶段调研）如右图所示为氢原子的能级图.若在气体放电管中，处于基态的氢原子受到能量为12.8 eV的高速电子轰击而跃迁到激发态，在这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中（）E/cV<>-OH51."-3.44)氢冷子能级图A. 最多能辐射出10种不同频率的光子B. 最多能辐射出6种不同频率的光子C. 能辐射出的波长最长的光子是从=5跃迁到/i=4能级 时放出的D. 能辐射出的波长最长的光子是从 =4跃迁到n=3能级时放

9、出的解析：处于基态的氢原子受到能量为128tV的高速电子轰 击而跃迁，最高跃迁到n-4能级，最多能辐射出6种不同频率 的光子，能辐射出的波长最长的光子是从4跃迁到n-3能 级时放出的，选项B, D正确，A, C错误.答案：BDI考向三I与能级相关的能量问题&圄咂W3 _般解题步骤1. 分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向 心力列圆周运动动力学方程.2. 根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能 之和列方程，求电势能.3. 原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子（或实物粒子 的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量.（1）能量为E的光子照射基态氢原子，刚好可使该原

10、子中的电子成为自由电子这一能量E称为氢的电离能现 用一频率为V的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为（用光子频率八 电子质量加、氢原子的电离能E和普朗克常量h表示）.（2）氢原子在基态时轨道半径门=0.53X107° m,能量 13.6 eV,求氢原子处于基态时: 电子的动能； 原子的电势能； 用波长是多少的光照射可使基态氢原子电离？（尝试解答】（丄）由能量守恒得; hv-Ei，解得电子速度为(2)设处于基态的氢原子核外电子速度为“，则:所以电子动能Ek| 如诉鹉9X109X(1.6X1029)22 X 0.53 X10l0X 1.6X10eV 13.6 e

11、V因为 Ei-EklEpl9 所以 Epl -Ei -Ekl-一 13.6 eV - 13.6 eV - - 27.2 eV.设用波长2的光照射可使基态氢原子电离：y-0-Ephe 二 6W3 X 1()24X3X 1()8Ei - 13.6X 6乂10帀0.914X10-7 m.【答案】2（力v，_尽）Hl 0.914X10'7m(2)JL3.6 eV 一272 eV变式训练2按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量（选填“越大”或“越小”）.已知氢原子的基态能量为Ei（EivO）,电子质量为加，基态氢原子中的电子吸收一频率为”的光子被电离后，电子速度大小为（普朗克

12、常量为"）解析：本题考査玻尔的能级跃迁知识.意在考查学生的分析推理能力.电子离原子核越远原子能量越大；根据动能定理有,hv + Ex匕加込 所以电离后电子速度为2(/v + Et)答案：越大：<«易错点：对玻尔的能级理论理解不准确造成错误示例氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从=4的能级向n = 2的能级跃迁时辐射出可见光么，从刃=3的能 级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光気 则（OD2eV0 -0.85 1.54-3.4A. 氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出y射线B. 氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫 外线C在水中传播时，"光

13、较光的速度小D.氢原子在n = 2的能级时可吸收任意频率的光而发生电【易错分析】本题综合性比较强，学生在做题时审不清题 意，不会比较可见光心紫外线、7射线能量间的关系，错选A 或B;不清楚“跃迁”与“电离”的区别，不能根据hv-Elu- &进行比较判断，误选D.【正确解答】 原子核外层电子跃迁产生的只能是光波，7 射线由原子核跃迁获得，A项错误；氢原子从/1 = 4能级向n = 3 能级跃迁时产生的光的频率比从能级向/>-2能级跃迁放 出的光子频率还小，不可能是紫外线，B项错误；"光能量大， 频率大，在水中的速度小，C项正确；能级的电离能为34 eV,只有大于此能量的光

14、子才能发生电离，D项错误.答案为 C>纟U错补练 (2013-天津市五区县高三质量调査试卷(一) 如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向 低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子.其中巴耳 末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子.则"£/eV()*04-0.853-1.5123.4-13.8A. 6种光子中有2种属于巴耳末系B. 6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生若从n = 2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从/>=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应D./|=4能级的

15、氢原子电离至少要0.85 eV的能量解析：6种光子中从" 4-*刃 2和从n 3->" 2这两种属 于巴耳末系，选项A正确；6种光子中波长最长的即能量最小的 光子是从n - 4/I - 3时产生的，选项B错误；从n -2-*基态 释放的光子能量-3.4 - ( - 13.6) - 10.2 eV,而从/ - 3/2释放的光子能量J£2 - - JL51-(-34)l89eVvfEi，选项C错误；/i-4能级的氢原子的能量-0.85 eV,要使其电离,则至少需要085eV的能量，选项D正确.答案：ADRfi堂训练 0 o o o o 0 0 CUITANGXI

16、 XLIANB«<1. （2012-北京卷）一个氢原子从h = 3能级跃迁到口 = 2能级.该氢原子（）A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C. 吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少解析：当氢原子从h-3能级跃迁到n-2能级时，放出光子，能量减少.答案：B2. 氢原子从能级加跃迁到能级H时辐射红光的频率为心,从能级/I跃迁到能级k时吸收紫光的频率为P2,已知普朗克常 量为h,若氢原子从能级R跃迁到能级川，贝ij（ ）A. 吸收光子的能量为加1+加2B. 辐射光子的能量为/ZP1+/P2C.吸收光子的能量为hv2hvI）.辐射光子的能量为/rv2/V解析：氢原子从

17、能级/跃迁到时辐射红光，说明能级加 高于能级，而从能级跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级 也高于能级小 由于紫光频率巾大于红光频率刃，所以hV2>hvU 因此能级k要高于能级加，氢原子从能级k跃迁到加时应当向 外辐射光子，光子的能量为E-/v2/iVi，故D正确.答案：D3. (1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核 较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A.氢原子的能量增加B. 氢原子的能量减少C. 氢原子要吸收一定频率的光子D氢原子要放出一定频率的光子(2)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n = 2能级发出 的谱线属于巴耳末线系，若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中 只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多！发出 条不同频率的谱线.解析:(1)氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包 括动能和势能)越大.当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨 道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出 一定频率的光子.显然，选项B、D正确.(2)氢原子发出的光谱线中有2条属于巴耳末线系，说明电子是从/I-4能级向低能级跃迁的，因此可发出的谱线条数为畀条).答案：(1)BD (2)64如图所示，氢原子从n>2的某-能级跃迁到n=