物理选修3-5全套讲义第二章原子结构章末整合提升2

一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解1．α粒子散射实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，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”．2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核旋转．【例1】(多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是()A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大答案BC解析在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明受到金原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故C对，D错．二、对玻尔原子模型的理解1．氢原子的能级对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也不同．原子各能级的关系为En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3…)对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6eV2．氢原子的能级图如图1所示．图1【例2】已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10m，量子数为n的能级值为En＝eq\f(－13.6,n2)eV.(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数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的光谱线；(3)计算这几种光谱线中最短的波长．(静电力常量k＝9×109N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.0×10答案见解析解析(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则eq\f(ke2,r\o\al(2,1))＝eq\f(mv2,r1)，又知Ek＝eq\f(1,2)mv2，故电子在基态轨道上运动的动能为：Ek＝eq\f(ke2,2r1)＝eq\f(9×109×1.6×10－192,2×0.528×10－10)J≈2.18×10－18J≈13.6eV.(2)当n＝1时，能级值为E1＝eq\f(－13.6,12)eV＝－13.6eV.当n＝2时，能级值为E2＝eq\f(－13.6,22)eV＝－3.4eV.当n＝3时，能级值为E3＝eq\f(－13.6,32)eV≈－1.51eV.能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共3种，能级图如图所示．(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．hν＝E3－E1，又知ν＝eq\f(c,λ)，则有λ＝eq\f(hc,E3－E1)＝eq\f(6.63×10－34×3.0×108,[－1.51－－13.6]×1.6×10－19)m≈1.03×10－7针对训练1(多选)下列对玻尔原子理论的评价正确的是()A．玻尔原子理论成功解释了氢原子光谱规律，为量子力学的建立奠定了基础B．玻尔原子理论的成功之处是引入了量子概念C．玻尔原子理论的成功之处是它保留了经典理论中的一些观点D．玻尔原子理论与原子的核式结构是完全对立的答案AB解析玻尔原子理论成功解释了氢原子的发光问题，其成功之处是引入了量子化理论，局限是保留了经典理论中的一些观点，故A、B对，C错；它继承并发展了原子的核式结构观点，故D错．三、原子的能级跃迁与电离1．能级跃迁的两种方式(1)辐射和吸收光子发生跃迁，可表示如下：高能级低能级En(2)吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而发生跃迁．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(E＝Em－En，m>n)，均可使原子发生能级跃迁．2．电离的两种方式(1)吸收光子能量发生电离．当光子能量大于或等于13.6eV时，可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离．(2)与实物粒子撞击发生电离．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氢原子所处的能级的能量，均可使原子发生电离．【例3】将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子．(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的光照射该氢原子？(2)若用波长为200nm的紫外线照射处于n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子质量me＝9.1×10－答案(1)8.21×1014Hz(2)9.95×105解析(1)n＝2时，E2＝－eq\f(13.6,22)eV＝－3.4eV所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0.所以，要使处于n＝2激发态的原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝3.4eVν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(3.4×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈8.21×1014Hz.(2)波长为200nm的紫外线一个光子所具有的能量E0＝hν＝6.63×10－34×eq\f(3×108,200×10－9)J＝9.945×10－19J电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19J＝5.44×10－19J由能量守恒hν－ΔE＝eq\f(1,2)mv2代入数值解得v≈9.95×105针对训练2一个氢原子处于基态，用光子能量为15eV的光去照射该原子，问能否使氢原