人教版高三物理第一轮复习原子结构

1、学必求其心得，业必贵于专精第1课时原子结构基础知识归纳.电子的发现和汤姆孙的原子模型电子的发现：1897年英国物理学家汤姆孙，对阴极射线进行了一系列的 研究，从而发现了电子.使人们认识到 原子 有复杂结构,揭开了 研究原子的序幕。汤姆孙的“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里 的枣子一样镶嵌在原子里.卢瑟福的核式结构模型(1)航子散射实验装置斐M夕I(2)粒子散射实验的结果：a 冶十督粒子通过金 箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，少数发生较大 的偏转，极少数偏车角超过90 ,有的甚至被弹回，偏转角几乎达到 180 .(3)核式结构模型：在原子的中心有一

2、个很小的核，叫做 原 子核、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 ，带负学必求其心得，业必贵于专精电的电子在核空间里绕着核旋转。原子核所带的正电荷数等于核外的 电子数，所以整个原子是呈电中性的.电子绕着核旋转所需的 向心力就是核对它的 库仑引力 .(4)从a粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10-151CT14 m,原子大小的数量级为10一10 m.3。氢原子光谱(1)光谱分为两类，一类称为线光谱.另一类称为连续光谱；(2)各种原子的发射光谱都是线状光谱，都只能发出几种特定 频率的光，不同原子的发光频率是不同的，因此线状光谱称为原子 的 特征谱线，对光谱线进行分析，就可以确

3、定发光物质，这种方 法称为光谱分析 。(3)氢原子光谱可见光谱线波长可以用公式：r(13)表示，式中R称为里德伯常量，R= 1.1 x 1 or1。4。玻尔的原子模型(1)原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾说明，经典电磁理 论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克 的能量量子化的概念，提出三个假设：定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，学必求其心得，业必贵于专精在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐 射能量，这些状态叫定态。跃迁假设：原子从一个定态（设能量为E2）跃迁到另一定 态（设能量为Ei）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由 这两

4、个定态的能量差决定，即 h E2-Ei.轨道量子化假设 ：原子的不同能量状态，跟电子不同的 运行轨道相对应.原子的能量不连续，因而电子可能轨道的分布也是 不连续的。（2）玻尔的氢原子模型氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上, 利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能 轨道的半径，以及电子在各条轨道上运动时原子的能量。道上运动 半径rn分别条轨道（即nEi = 13.6氢原子中电子在第n条可能轨. 时,氢原子的能量 En和电子轨道 为 En=E、n = n2r1（n= 1、2、3）其中Ei、ri为离核最近的第一=1）的氢原子能量和轨道半径。即 eV, ri =

5、0。53 x 1010 m （以电子距原子核无穷远时电势能为零计算 ）.学必求其心得，业必贵于专精氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫 氢原子 的能级.按能量的大小用图象表示出来即能级图。其中n=1的定态称为 基态，n=2以上的定态,称为 激发 态 。5.原子核结构(1)汤姆孙发现电子,说明 原子 不是最小的微粒:卢瑟福 a 粒子散射实验，说明原子里存在一个很小的 原子核：卢瑟福用a 粒子轰击氮原子核，获得质子，说明 原子核 也不是最小的微粒.(2)原子核是由 质子 和 中子 组成的；质子和中子统称 为核子,原子核的核电荷数等于 质子数.等于原子的核外 电子数：原子核的质量数等于原子核

6、内的 核子数。(3)质子数相同而中子数不同的原子核互称同位素,原子的化学性质决定于原子的核外电子数：同位素具有相同的质子数,相同的核外电子数，因而具有相同的化学性质.重点难点突破一、为什么用a粒子散射实验研究原子结构原子结构无法直接观察到，要用高速粒子进行轰击根据粒子的 散射情况分析判断原子的结构，而 a粒子有足够的能量，可以穿过 原子，并且利用荧光作用可观察 a粒子的散射情况，所以选取 a粒学必求其心得，业必贵于专精子进行散射实验。二、氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁此类问题可分为三种情况：1。光子照射氢原子，当光子的能量小于电离能时，只能满足光 子的能量为两定态间能级差时才能被吸收.

7、光子照射氢原子，当光子的能量大于电离能时，任何能量的 光子都能被吸收，吸收的能量一部分用来使电子电离，另一部分可用 来增加电子离开核的吸引后的动能.当粒子与原子碰撞（如电子与氢原子碰撞）时，由于粒子的 动能可全部或部分被氢原子吸收，故只要入射粒子的动能大于或等 于原子两能级的能量差，就可以使原子受激发而向高能级跃迁 .户典例精析。a粒子散射实验与核式结构模型【例1】卢瑟福通过对a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Co电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的【解析】卢瑟福精确统计了向各个方向散射的a粒子的数目,提出了原子的核式结构模型：在原子的中

8、心有一个很小的核，叫做原学必求其心得，业必贵于专精子核，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，由此可知，A选项正确.【答案】A【思维提升】（1）关键是利用a粒子散射实验的结果进行分析.（2）尽管B、C、D正确，但实验结果不能说明它们，故不选B、C、Do【拓展11在卢瑟福的a粒子散射实验中，有少数 a粒子发生 大角度偏转，其原因是（A ）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的Co原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中【解析】a粒子带正电，其质量约是电子质量的 7 300倍。a粒 子碰到金

9、原子内的电子，就像飞行中的子弹碰到尘埃一样，其运动方 向不会发生明显的改变。若正电荷在原子内均匀分布，a 粒子穿过原子时，它受到的两 侧正电荷斥力有相当大一部分互相抵消，使 a粒子偏转的力也不会 很大。根据少数a粒子发生大角度偏转的现象，只能认为原子的正电荷学必求其心得，业必贵于专精和绝大部分质量集中在一个很小的核上，入射的a粒子中，只有少数a粒子有机会很接近核，受到很大的斥力而发生大角度偏转。所以正确选项是Ao2.氢原子的能级跃迁氢原子跃迁上的原子总【例2】假定处在量子数为n的激发态的到各较低能级的原子数是处在该激发态能级数的。现在1 200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些 n 1

10、7受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是（）A.2 200 个B.2 000个C。1 200 个 D。2400个【解析】如图所示，各能级间跃迁的原子个数及处于各能级的原子个数分别为n=4 至Un=3 Ni= 1 200 2=400 4 1n= 3能级的原子个数为400个。n=4 至Un=2 4= 1 200 江=400 4 1n=3 至U n=2 N3= 400 马=200n=2能级的原子个数为600个.n=4 至Un=1 N4= 1 200 4=400 4 1学必求其心得，业必贵于专精n=3 至I n=1 N5= 400=2003 1门=2至1门=1 N6=600所以发出的光

11、子总数为N = Ni+N?+ N6=2 200【答案】A【思维提升】(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 g E末一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次于或 小于E末一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)当光子能量大于或等于13。6 eV时，也可以被氢原子吸收， 使氢原子电离；当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。一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的

12、光谱线 条数为N = q o2o哥F4Vg 0Jip之1 Q 13b 胃 11 13年可见光的光子错误的是【拓展2】氢原子的能级如图所示，已知能量范围约为1。62 eV3。11 eV下列说法学必求其心得，业必贵于专精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Bo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 = 4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种 不同频率的可见光M易错门诊3.氢原子的能量【例3】氢原子基态白轨道半径为00 528 x 104 m,量子数为n

13、的能级的能量为E=-1326eV.n(1)求电子在基态轨道上运动时的动能；(2附一群氢原子处于量子数n=3的激发态。画一能级图，在图 上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线；(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.(其中静电力 常量k= 9。0X id N m2/C2,电子的电荷量e= 1,6 x 109 C,普朗克 恒量 h= 6.63 x 104 J s,真空中光速 c= 3。0 xi0m/s)【错解】(1)电子在基态轨道中运动时量子数n=1,其动能为学必求其心得，业必贵于专精En= 136 = 136 = 1-n22n1一 13。6 eVt由于动能不为负值，所以gEn土： 13。

14、6 eV(2肝能级图如图，可能发出两条光谱线(3)由于能级差最小的两能级间跃迁产生的光谱线波长最短,所以(E3E2)时所产生的光谱线为所求，其中E2=警 eV= -3.4 eV E3=警eV= 1.51 eV2232由h干E3E2及七-m= 6062 x 107 mch _3 108 6.63 10 34E3 E21.51 ( 3.4) 1.6 10 19【错因】(1)动能的计算错误主要是不理解能级的能量值的物理意义，因而把电子在基态轨道上运动时的动能与 n=1时的能级的 能量值等同起来.电子在轨道上的能量 E,它包括电势能Ep和动能Eko计算表明 Ep=- 2Ek,所以 E=Ek+ Ep= Ek, Ek= E= 13.6 eU虽然错解中解出的数值正确，但概念的理解是错误的。(2)错解中把电子的发射光谱图画成了吸收光谱图.(3)不少学生把能级图上表示能级间能量差的长度线看成与谱 线波长成正比了.【正解】(1)设电子的质量为 m,电子在基态轨道上的速率为学必求其心得，业必贵于专精V1,根据牛顿第二定律和库仑定律有22,