高中物理新高考第一轮复习教案：第2讲　原子结构

第2讲原子结构必备知识新学法基础落实一、原子结构1．电子的发现：英国物理学家__________发现了电子．2．原子的核式结构(1)α粒子散射实验：1909－1911年，英国物理学家__________和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿__________方向前进，但有少数α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．[主干知识·填一填]汤姆孙卢瑟福原来(2)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．正电荷质量二、氢原子光谱1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．2．光谱分类连续吸收特征特征谱线三、氢原子的能级、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hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34

J·s)(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__________的，因此电子的可能轨道也是__________的．不连续稳定不连续不连续2．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示[规律结论·记一记]一、易混易错判断1．人们认识原子具有复杂结构是从物理学家卢瑟福研究阴极射线发现电子开始的．()2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．()3．卢瑟福做α粒子散射实验时发现α粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转．()4．氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的．()5．按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上．()6．氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝En.()7．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．()[必刷小题·测一测]×√√√×××二、经典小题速练1．(鲁科版选择性必修第三册P92T1)(多选)关于卢瑟福的原子核式结构，下列叙述正确的是(

)A．原子是一个质量分布均匀的球体B．原子的质量几乎全部集中在原子核内C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D．原子直径的数量级大约是10－10m，原子核直径的数量级是10－15m解析：BD原子的正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，电子在核外绕核运转，原子直径的数量级大约是10－10m，原子核直径的数量级是10－15m，故选项B、D正确，选项A、C错误．BD2．(粤教版选择性必修第三册P132T1)(多选)氢原子的能级示意图如图所示，氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，以下说法正确的有(

)A．可能激发的能量不同的光子只有3种B．可能发出6种不同频率的光子C．可能发出的光子的最大能量为12.75eVD．可能发出的光子的最小能量为0.85eVBC关键能力新探究思维拓展[题组突破]1．(α粒子散射实验现象)如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点．下列说法正确的是(

)A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转A解析：A卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，选项B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，选项D错误．2．(原子核式结构)(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是(

)A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转解析：BD原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，带负电的电子在核外绕核旋转，故B、D正确，C错误．BD3．(α粒子运动轨迹)如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(

)A．M点

B．N点C．P点

D．Q点解析：C

α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项C正确．C2．电离(1)电离态：n＝∞，E＝0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量．例如，对于氢原子：①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV，即为基态的电离能．②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV，即为n＝2激发态的电离能．如吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能．氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当原子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．最容易发生衍射现象的光是由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．用由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应例D(1)这群氢原子辐射出的光子的最大能量为多少？(2)若要电离这群氢原子，至少需要吸收多少光子的能量？(3)若一个处于n＝4能级的氢原子发生跃迁，发出的光谱线最多可能有几种？解析：(1)由n＝4能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量最大，ΔE＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV.(2)若要电离这群氢原子至少需要吸收ΔE＝0.85eV的能量．(3)一个氢原子由第4能级向低能级跃迁发出的光谱线条数最多的是逐级跃迁，为3种．答案：(1)12.75eV

(2)0.85eV

(3)3种变式拓展确定氢原子辐射光谱线的数量的方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)，如一个氢原子由第4能级向低能级跃迁，发出的光谱线条数最多的是逐级跃迁，为3条．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为N＝C＝，如一群氢原子由第4能级向低能级跃迁，发出的光谱线条数最多为N＝C＝＝6，如图所示．题后反思

[题组突破]1．(对玻尔理论的理解)(多选)根据玻尔理论，激光是大量处于同一激发态n1的原子同时跃迁到某一能级n2而释放出的单色光，其能量大、破坏力强，下列针对上述原子跃迁过程的说法正确的是(

)A．原子处于n1能级时的能量大于处于n2能级时的能量B．电子在n1能级时的动能大于在n2能级时的动能C．原子由n2能级跃迁到n1能级吸收的能量等于由n1能级跃迁到n2能级放出的能量D．红外线、紫外线、γ射线都是处于激发态的原子辐射出的AC2．(氢原子能级跃迁)氢原子的能级图如图所示，已知氢原子从第4能级跃迁到第2能级时发出的光波频率为ν，则氢原子(

)A．从第2能级跃迁到第4能级时需要吸收光波的频率大于νB．从第2能级跃迁到第4能级时需要吸收光波的频率小于νC．从第2能级跃迁到第1能级时发出的光波频率为2νD．从第2能级跃迁到第1能级时发出的光波频率为4νD解析：D氢原子从第2能级跃迁到第4能级时需要吸收光波的频率与发出的频率ν相同，故A、B错误；从第2能级跃迁到第1能级时释放的能量为10.2eV，是从第4能级跃迁到第2能级时释放能量2.55eV的四倍，由E＝hν可得发出的光波频率为4ν，故C错误，D正确．ABD限时规范训练[基础巩固]1．1909年，英国物理学家卢瑟福和他的学生盖革、马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金箔前后的运动图景如图所示．卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子结构模型．下列关于“α粒子穿过金箔后”的描述中，正确的是(

)A．绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转B．少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进C．通过α粒子散射实验，确定了原子核半径的数量级为10－15mD．通过α粒子散射实验，确定了原子半径的数量级为10－15m1234567891011121314C解析：C绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进．少数α粒子穿过金箔后，发生大角度偏转，AB错误；通过“α粒子散射实验”卢瑟福确定了原子核半径的数量级为10－15m，原子半径的数量级为10－10m，不是通过α粒子散射实验确定的，D错误；C正确．12345678910111213142．2021年开始实行“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象．技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是(

)A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念B．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念C．弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性1234567891011121314C解析：C普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，所以A错误；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，所以B错误；弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础，所以C正确；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，所以D错误．12345678910111213143．“实时荧光定量PCR”是目前检测新型冠状病毒的最常见的方法．一般情况下，当特定的荧光染料被一定波长的光照射时，入射光的一部分能量被该物质吸收，剩余的能量将荧光染料中的原子激发，由低能级跃迁到较高能级，经过较短时间后荧光染料便可发出荧光．仅考虑以上情况，下列关于荧光染料发出的荧光的说法中正确的是(

)A．荧光光谱是连续谱B．荧光光谱是吸收光谱C．荧光波长可能小于入射光的波长D．荧光波长一定等于入射光的波长1234567891011121314C解析：C因为荧光染料吸收的是一定波长的光，由于能级的不连续性，所以荧光染料被激发后，发出的光是不连续的．A错误；吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的．B错误；由于原子从低能级向高能级跃迁后不稳定再次向低能级跃迁，跃迁中释放的能量可能大于、等于或者小于入射光的能量，所以荧光波长可能小于入射光的波长，故C正确，D错误．12345678910111213144．为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测．红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号．图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n＝2激发态的氢原子提供的能量为(

)A．10.20eV

B．2.89eVC．2.55eV D．1.89eV1234567891011121314C解析：C处于n＝2能级的原子不能吸收10.20eV、2.89eV的能量，则选项AB错误；处于n＝2能级的原子能吸收2.55eV的能量而跃迁到n＝4的能级，然后向低能级跃迁时辐射光子，其中从n＝4到n＝3的跃迁辐射出的光子的能量小于1.62eV可被红外测温仪捕捉，选项C正确；处于n＝2能级的原子能吸收1.89eV的能量而跃迁到n＝3的能级，从n＝3到低能级跃迁时辐射光子的能量均大于1.62eV，不能被红外测温仪捕捉，选项D错误．12345678910111213145．(2021·山东日照市模拟)氢原子能级图如图，一群氢原子处于n＝4能级上．当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884nm，下列判断正确的是(

)A．氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884nmD．用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34eV的铂，能发生光电效应1234567891011121314D解析：D根据C＝6知，一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；n＝3和n＝2的能级差大于n＝4和n＝3的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1884nm，故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确．12345678910111213146．图甲为氢原子部分能级图，大量的氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光．用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K，已知阴极K的逸出功为4.54eV，则(

)A．这些氢原子能辐射4种不同频率的光子B．某氢原子辐射出一个光子后，核外电子的速率减小C．阴极K逸出光电子的最大初动能为8.21eVD．若滑动变阻器的滑片右移，电路中的光电流一定增大1234567891011121314C解析：C大量氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出N＝C＝6，即6种不同频率的光子，故A错误；某氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，库仑力做正功，核外电子的速率增大，故B错误；处于n＝4的氢原子向低能级跃迁时放出光子的最大能量为ΔE＝E4－E1＝[－0.85－(－13.6)]eV＝12.75eV，由光电效应方程可知Ekmax＝hν－W0＝(12.75－4.54)eV＝8.21eV，故C正确；若滑动变阻器的滑片右移，正向电压增大，如果光电流达到饱和光电流时，则电路中的光电流不变，故D错误．12345678910111213147．氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量范围为1.62eV～3.11eV，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．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．波长最长的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的C．频率最小的光是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的D．处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光，并发生电离1234567891011121314C解析：C大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数n＝C＝6，故A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子，能量最小，频率最小，波长最长．故B错误，C正确；处于n＝2能级的氢原子发生电离，光子最小能量3.4eV，故D错误．1234567891011121314[能力提升]8.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，氦离子的能级示意图如图所示．在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(

)A．42.8eV(光子) B．43.2eV(电子)C．41.0eV(电子) D．54.4eV(光子)解析：A入射光子使原子跃迁时，其能量应正好等于原子的两能级间的能量差，而电子使原子跃迁时，其能量大于等于原子两能级间的能量差即可，发生电离而使原子跃迁时入射光子的能量要大于等于54.4eV，故选A.1234567891011121314A9．氢原子能级示意如图．现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列正确的是(

)A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66eV的能量D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量1234567891011121314C解析：C大量氢原子处于n＝3能级跃迁到n＝1多可辐射出C＝3种不同频率的光子，故A错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为hν1＝13.6eV－1.51eV＝12.09eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为hν2＝3.4eV－1.51eV＝1.89eV，比较可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率高，故B错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E＝1.51eV－0.85eV＝0.66eV，故C正确；根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为－1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误．12345678910111213141234567891011121314C123456789101112131411．(2021·河南省郑州市高三下学期二模)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则(

)A．处于高能级的氢原子向低能级跃迁时有可能辐射出γ射线B．氢原子从n＝2的能级向n＝1的能级跃迁时会辐射出红外线C．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D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出6种频率的可见光1234567891011121314C解析：C

γ射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射γ射线，故A错误；氢原子从n＝2的能级向n＝1的能级辐射光子的能为E＝－3.40－(－13.60)eV＝10.20eV，红外线的能量小于可见光光子的能量，因此不会辐射红外线，故B错误；氢原子在n＝3能级吸收超过1.51eV的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率光子的能量大于1.5eV，可以使处于n＝3能级的氢原子电离，故C正确；计算可知，氢原子从n＝4能级跃迁至n＝2能级时，辐射光子的能量为E＝－0.85－(－3.40)eV＝2.55