专题06原子模型（原卷版）

专题06原子模型电子的发现与原子的“枣糕模型”1．阴极射线荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线。2．汤姆孙的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。3．汤姆孙的进一步研究汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分。4．电子的电荷量及电荷量子化(1)电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷的现代值为e＝1.602×10－19C。(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。(3)电子的质量：me＝9.10938356×10－31kg，质子质量与电子质量的比eq\f(mp,me)＝1836。说明：阴极射线实质是带负电的电子流。5.“枣糕模型”汤姆孙的原子模型在J.J.汤姆孙发现电子之后，对于原子中正负电荷如何分布的问题，科学家们提出了许多模型。J.J.汤姆孙本人于1898年提出了一种模型。他认为，原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。有人形象地把他的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。之后不久，α粒子散射实验则完全否定了这个模型。二、原子的核式结构模型1．α粒子散射实验(1)汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。(2)α粒子散射实验①实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。②实验现象：a.绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。b.少数α粒子发生了大角度的偏转。c.极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来。eq\o\ac(○,3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。2．卢瑟福的核式结构模型核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核高速旋转。三．玻尔氢原子模型1．轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。氢原子各条可能轨道上的半径rn＝n2r1(n＝1，2，3…)，其中n是正整数，r1是离核最近的可能轨道的半径，r1＝0.53×10－10m。其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm…，不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。2．能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，其能级公式En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1，2，3…)其中E1代表氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值，E1＝－13.6eV。n是正整数，称为量子数。量子数n越大，表示能级越高。(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。3．跃迁原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，高能级Em低能级En。可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。四．能级图的理解1．对能级图的理解(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态。2．能级跃迁处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以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＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n(n－1),2)。3．光子的发射原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。hν＝Em－En(Em、En是始末两个能级且m>n)能级差越大，放出光子的频率就越高。4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题。(2)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部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子发生能级跃迁。【模型演练1】在卢瑟福α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α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是()【规律方法】(1)分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为。“大角度偏转”只是少数粒子的行为。(2)α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键。通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景。【模型演练2】(多选)关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是()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的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径约是10－10m【模型演练3】氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量范围为1.62～3.11eV。下列说法正确的是()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B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光中一定包含可见光C．大量处于n＝2能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光子能量较大，有明显的热效应D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，只可能发出3种不同频率的光【规律方法】能级跃迁规律大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射eq\f(n(n－1),2)种频率的光子。一个处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n－1)种频率的光子。一、单选题1．（2425高三上·福建宁德·阶段练习）α粒子散射实验装置如图所示。通过该实验，我们可以知道（）A．该实验证实了汤姆孙的“葡萄干面包模型”是正确的B．大多数α粒子穿过金箔后，其运动方向受到较大的影响C．占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内D．原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在其中2．如图所示是粒子散射实验装置的示意图。从粒子源发射的粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，有少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子偏转的角度大于90°。下列说法正确的是（

）A．粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内C．粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对粒子的作用引起的D．粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对粒子的库仑力引起的3．卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收α粒子使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（）A．α粒子碰撞到了电子会反向弹回B．绝大多数α粒子发生了大角度偏转C．该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上4．如图所示为氢原子的能级图，一个氢原子吸收光子能量后由基态跃迁到的激发态，然后向低能级跃迁，下列说法正确的是（）A．可能发出6种能量的光子B．只能发出1种能量的光子C．吸收的光子的能量一定为12.75eVD．可能发出能量为0.85eV的光子5．（2025·安徽黄山·一模）大量基态氢原子被特定频率的光照射后，辐射出三种不同频率的光，如图为氢原子能级图，则入射光子的能量为（）A．10.2eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV6．（2425高三上·河北邯郸·期末）玻尔认为电子的轨道是量子化的，氢原子电子轨道示意图如图所示。处于某能级的原子吸收或释放光子而发生跃迁，图中标出了三种跃迁方式，其中ν1、ν2、ν3表示释放或吸收光子的频率。下列表达式正确的是（）A． B． C． D．7．（2425高三上·天津和平·期末）如图甲为氢原子光谱，图乙为氢原子部分能级图。甲中的、、、是氢原子在可见光区的四条谱线，这四条谱线均为氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子，称为巴尔末系，则下列正确的是（

）A．对应的光子能量比对应的光子能量的小B．可能是氢原子从向能级跃迁时产生的C．亮线分立说明氢原子跃迁时只能辐射特定频率的光子D．若用照射某种金属不能发生光电效应，则一定也不能8．氢原子能级图如图所示，大量处于的激发态氢原子向低能级跃迁时，会辐射出不同频率的光，用这些光照射金属锡，已知金属锡的逸出功为，关于这些辐射出的光，下列说法正确的是（）A．跃迁中有6种不同频率的光B．只有1种频率的光能使锡发生光电效应C．对同一种介质，a光的临界角小于b光的临界角D．用同一装置进行双缝实验，a光干涉条纹的宽度大于b光干涉条纹的宽度9．（2024·全国·模拟预测）一价氦离子具有与氢原子类似的结构，其能级图如图所示，一价氦离子基态能量为。关于这种氦离子，下列说法正确的是（）A．用能量为8.0eV的光子照射大量处于能级的一价氦离子，能够使其电子跃迁到能级B．用能量为60eV的光子照射大量处于基态的一价氦离子，能够使其电子电离C．一个处于能级的一价氦离子，其电子向低能级跃迁所辐射光子频率的种类为6种D．处于基态的一价氦离子的电子的动能最小10．（2024·河南·模拟预测）如图所示是氢原子的能级示意图，下列说法正确的是（）A．氢原子不能自发地从激发态跃迁到基态B．氢原子从基态跃迁到激发态要放出能量C．一个氢原子从n=5能级跃迁最多能发出4种频率的光子D．氢原子从激发态跃迁到基态所产生的光谱是红外线11．（2025·全国·模拟预测）反氢原子由一负质子和围绕负质子运动的正电子组成，部分能级图如图所示，且跃迁规律遵循玻尔理论。则（）A．反氢原子光谱是连续光谱B．处于能级的大量反氢原子自发跃迁时最多能产生4种不同频率的光C．处于能级的反氢原子能吸收能量为0.68eV的光子发生跃迁D．处于能级的大量反氢原子在自发跃迁中直接跃迁到基态时辐射光子的波长最短12．（2425高三上·广东汕头·期末）我国自由电子激光实验研究步入世界先进行列，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量在3.11eV至124eV之间，当大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（）A．1种 B．2种 C．3种 D．4种13．（2425高三上·河北保定·期末）氢原子能级分布如图所示。可见光的能量范围为1.62eV~3.11eV，紫外线的波长范围为10nm~400nm，普朗克常量h=6.63×10−34J∙s。两个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁到低能级的过程中（）A．最多能辐射出3种频率不同的光子 B．最多能辐射出2种频率不同的可见光C．只能辐射出1种紫外线的光子 D．只能辐射出1种红外线的光子14．（2425高三上·江西·阶段练习）玻尔意识到经典理论在解释原子结构方面的困难后，提出了自己的原子结构假说，他的理论很好地解释了氢原子光谱。已知大量氢原子处于能级上，如图所示，这些氢原子在能级跃迁过程中发出的光中有、、三种光，其频率分别为、、，则下列选项中频率关系正确的是（）A． B． C． D．15．（2024·全国·模拟预测）2024年6月中国航天科技集团的科研人员通过分析我国首颗探日卫星“羲和号”对太阳光谱的观测数据，精确绘制出国际首个太阳大气自转的三维图像。太阳光谱中有一条谱线所对应光的频率与氢原子从较高能级向能级跃迁时发出的光中光子能量最小的那种光的频率相同。则该谱线所对应光子的能量为（

）A． B． C． D．16．如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于n＝4的能级上，下列说法正确的是（）A．该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种不同频率的光子B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子波长最短C．该氢原子可以吸收能量为0.32eV的光子跃迁到n＝5的能级D．使该氢原子电离至少需要吸收0.85eV的能量17．如图所示为氢原子的能级示意图，已知锌的逸出功是，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（

）A．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，能放出8种不同频率的光B．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，其中有4种不同频率的光能使锌板发生光电效应C．用能量为的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．假设氢原子从n能级向较低的各能级跃迁的概率均为，则对个处于能级的氢原子，跃迁过程中辐射的光子的总数为个二、多选题18．（2425高三上·青海·期中）卢瑟福α粒子散射实验的装置示意图如图所示，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时，关于在相同时间（足够长）内观察到的现象，下列说法正确的是（）A．在A位置时观察到屏上的闪光最多B．在B位置时屏上能观察到闪光，是因为α粒子发生了衍射C．在D位置时屏上一定不能观察到闪光D．在C位置时观察到屏上的闪光次数比在D位置时观察到的多19．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知．下列说法符合事实的是（

）A．汤姆孙研究阴极射线发现了电子，并测出电子的电荷量B．卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律D．卢瑟福通过对粒子大角度散射实验的研究发现了质子20．下列有关α粒子散射实验的说法正确的是（）A．在位置③接收到的α粒子最多B．正电荷均匀分布在原子内C．在位置①不能接收到α粒子D．卢瑟福首先进行了α粒子散射研究21．α粒子散射实验的装置如图所示。下列说法正确的是（）A．荧光屏在B位置的亮斑比A位置多B．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上C．荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少D．该实验说明原子质量分布均匀22．1909至1911年，英国物理学家卢瑟福和他的合作者用粒子轰击厚度为微米的金箔，发现少数粒子发生较大偏转。如图所示，甲、乙两个α粒子从较远处分别以相同的初速度轰击金箔，实线为两个粒子在某一金原子核附近电场中的运动轨迹，虚线表示以金原子核为圆心的圆，两轨迹与该圆的交点分别为b、c，两轨迹的交点为a。（只考虑一个金原子核与粒子之间的相互作用力），下列说法正确的是（）A．在金原子核形成的电场中，b、c两点的场强和电势均相同B．甲乙两个粒子经过a点时加速度相同C．甲乙两个粒子在分别在b、c点的电势能相同D．粒子是一种带负电的粒子23．（2025·宁夏陕西·模拟预测）氢原子能级图如图所示，若大量氢原子处于，2，3，4的能级状态，已知普朗克常量，某锑铯化合物的逸出功为2.0eV，则（）A．这些