高中物理 第三章章末總結(jié)（含解析）粵教版選修35.doc

【步步高】2014-2015學(xué)年高中物理 第三章章末總結(jié)（含解析）粵教版選修3-5一、對粒子散射實驗及核式結(jié)構(gòu)模型的理解1實驗結(jié)果：粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來的方向前進；少數(shù)粒子有較大的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角達到180.2核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，電子繞核運轉(zhuǎn)3原子核的組成與尺度 (1)原子核的組成：由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核中的質(zhì)子數(shù)(2)原子核的大小：實驗確定的原子核半徑的數(shù)量級為1015 m，而原子的半徑的數(shù)量級是1010 m因而原子內(nèi)部十分“空曠”例1(雙選)關(guān)于粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是()a絕大多數(shù)粒子沿原方向運動，說明正電荷在原子內(nèi)均勻分布，是粒子受力平衡的結(jié)果b絕大多數(shù)粒子沿原方向運動，說明這些粒子未受到明顯的力的作用，說明原子是“中空”的c極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)質(zhì)量和電量比粒子大得多的粒子在原子內(nèi)分布空間很小d極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)的電子對粒子的吸引力很大解析在粒子散射實驗中，絕大多數(shù)粒子仍沿原方向運動，說明粒子未受到原子核明顯的力的作用，也說明原子核相對原子來講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故a錯，b對；極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明受到原子核明顯的力作用的空間在原子內(nèi)很小，粒子偏轉(zhuǎn)而原子核未動，說明原子核的質(zhì)量和電量遠大于粒子的質(zhì)量和電量，電子的質(zhì)量遠小于粒子的質(zhì)量，粒子打在電子上，不會有明顯偏轉(zhuǎn)，故c對，d錯答案bc例2設(shè)想氫原子的核外電子繞核做勻速圓周運動，氫原子中電子離核最近的軌道半徑r10.531010 m，用經(jīng)典物理學(xué)的知識，試計算在此軌道上電子繞核運動的加速度解析因為電子在原子核外繞核高速運動，即帶負電的電子繞帶正電的原子核做勻速圓周運動，所需的向心力恰好由電子和原子核間的庫侖力來提供設(shè)電子繞核運動的加速度為a，已知：電子質(zhì)量me9.11031 kg電子電量大小qe質(zhì)子電量qh1.61019 c，因為f庫f向所以kqeqh/rmea，所以a m/s29.011022 m/s2答案9.011022 m/s2二、對玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的理解1氫原子的能級對氫原子而言，核外的一個電子繞核運行時，若半徑不同，則對應(yīng)的原子能量也不同若使原子電離，外界必須對原子做功，使電子擺脫它與原子核之間的庫侖力的束縛，所以原子電離后的能量比原子其他狀態(tài)的能量都高我們把原子電離后的能量記為零，即選取電子離核無窮遠時氫原子的能量為零，則其他狀態(tài)下的能量值就是負的原子各能級的關(guān)系為en (n1,2,3)對于氫原子而言，基態(tài)能級：e113.6 ev，其他各激發(fā)態(tài)的能級為：e23.4 ev，e31.51 ev2氫原子的能級圖氫原子的能級圖如圖1所示圖1例3已知氫原子基態(tài)的電子軌道半徑為r10.5281010 m，量子數(shù)為n的能級值為en ev.(1)求電子在基態(tài)軌道上運動的動能；(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n3的激發(fā)態(tài)，畫一張能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出的光譜線(3)計算這幾種光譜線中最短的波長(靜電力常量k9109 nm2/c2，電子電荷量e1.61019 c，普朗克常量h6.631034 js，真空中光速c3.0108 m/s)解析(1)核外電子繞核做勻速圓周運動，庫侖引力提供向心力，則，又知ekmv2，故電子在基態(tài)軌道上運動的動能為：ek j2.181018 j13.6 ev.(2)當(dāng)n1時，能級值為e1 ev13.6 ev.當(dāng)n2時，能級值為e2 ev3.4 ev.當(dāng)n3時，能級值為e3 ev1.51 ev.能發(fā)出的光譜線分別為32,21,31共3種，能級圖如圖所示(3)由e3向e1躍遷時發(fā)出的光子頻率最大，波長最短he3e1，又知，則有 m1.03107 m.答案見解析點評由，可計算出電子在任意軌道上運動的動能eknmv，并由此計算出相應(yīng)的電勢能epn，且ekn|en|，epn2en.針對訓(xùn)練1有一群氫原子處于量子數(shù)n4的激發(fā)態(tài)中，能發(fā)出幾種頻率的光子？其中最高頻率、最低頻率各為多少？若有一個氫原子處于量子數(shù)n4的激發(fā)態(tài)時，最多能發(fā)出幾種頻率的光子？答案6種3.11015 hz1.61014 hz3種解析一群氫原子向低能級躍遷時，各種躍遷方式都會發(fā)生，即可以從n4的激光態(tài)躍遷到n3、n2、n1的各能級；再從n3的激發(fā)態(tài)躍遷到n2、n1的各能級；再從n2的激發(fā)態(tài)躍遷到n1的基態(tài)故能發(fā)出n6種頻率的光子如圖所示為躍遷示意圖最高頻率的光子滿足h10.85 ev(13.6 ev)12.75 ev2.041018 j，13.11015 hz.最低頻率的光子滿足h20.85 ev(1.51 ev)0.66 ev1.0561019 j，21.61014 hz.一個氫原子處于量子數(shù)n4的激發(fā)態(tài)時，最多能發(fā)出3種頻率的光子三、原子的能級躍遷與電離1能級躍遷包括輻射躍遷和吸收躍遷，可表示如下：高能級em低能級en.2當(dāng)光子能量大于或等于13.6 ev時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 ev時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能3原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)由于實物粒子的動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兩能級的能量差(eemen)，均可使原子發(fā)生能級躍遷例4將氫原子電離，就是從外部給電子能量，使其從基態(tài)或激發(fā)態(tài)脫離原子核的束縛而成為自由電子(1)若要使n2激發(fā)態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射該氫原子？(2)若用波長為200 nm的紫外線照射氫原子，則電子飛到離核無窮遠處時的速度多大？(電子電荷量e1.61019 c，普朗克常量h6.631034 js，電子質(zhì)量me9.11031 kg)解析(1)n2時，e2 ev3.4 ev所謂電離，就是使處于基態(tài)或激發(fā)態(tài)的原子的核外電子躍遷到n的軌道，n時，e0.所以，要使處于n2激發(fā)態(tài)的原子電離，電離能為eee23.4 ev hz8.211014 hz(2)波長為200 nm的紫外線一個光子所具有的能量e0h6.631034 j9.9451019 j電離能e3.41.61019 j5.441019 j由能量守恒hemev2代入數(shù)值解得v9.95105 m/s答案(1)8.211014 hz(2)9.95105 m/s針對訓(xùn)練2一個氫原子處于基態(tài)，用光子能量為15 ev的電磁波去照射該原子，問能否使氫原子電離？若能使之電離，則電子被電離后所具有的動能是多大？答案能1.4 ev解析氫原子從基態(tài)n1處被完全電離至少吸收13.6 ev的能量所以15 ev的光子能使之電離，由能量守恒可知，完全電離后還剩余動能ek15 ev13.6 ev1.4 ev.1(單選)在粒子散射實驗中，當(dāng)粒子最接近金原子核時，下列說法正確的是()a動能最小b電勢能最小c粒子和金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小d加速度最小答案a解析在粒子散射實驗中，當(dāng)粒子接近金原子核時，金原子核對粒子的作用力是斥力，對粒子做負功，電勢能增加，動能減小，當(dāng)粒子離金原子核最近時，它們之間的庫侖力最大，粒子的動能最小由于受到的金原子核外電子的作用相對較小，與金原子核對粒子的庫侖力相比可以忽略，因此只有庫侖力做功，所以機械能和電勢能整體上是守恒的，故系統(tǒng)的能量可以認為不變綜上所述，正確選項應(yīng)為a.2(單選)一個氫原子中的電子從一半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道，已知rarb，則在此過程中()a原子要輻射一系列頻率的光子b原子要吸收一系列頻率的光子c原子要吸收某一頻率的光子d原子要輻射某一頻率的光子答案d解析因為是從高能級向低能級躍遷，所以應(yīng)放出光子，因此b、c錯誤“直接”從一能級躍遷到另一能級，只對應(yīng)某一能級差，故只能輻射某一頻率的光子3(單選)已知氫原子的基態(tài)能量為13.6 ev，當(dāng)一群處于量子數(shù)為n3的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)生躍遷時，可能輻射的光子能量是()a1.5 evb12.09 evc1.89 ev、12.09 evd1.89 ev、10.2 ev、12.09 ev答案d4(單選)氫原子能級的示意圖如圖2所示，大量氫原子從n4的能級向n2能級躍遷時輻射出可見光a，從n3的能級向n2的能級躍遷時輻射出可見光b，則()圖2a可見光光子能量范圍在1.62 ev到2.11 ev之間b氫原子從n4的能級向n3的能級躍遷時會輻射出紫外線ca光的頻率大于b光的頻率d氫原子在n2的能級可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離答案c解析由能級躍遷公式eemen得：e1e4e20.85 ev(3.4 ev)2.55 eve2e3e21.51 ev(3.4 ev)1.89 ev據(jù)eh知a錯，c對；e3e4e30.85 ev(1.51 ev)0.66 ev，所以氫原子從n4的能級向n3的能級躍遷時能量差對應(yīng)的光子處于紅外線波段，b錯；氫原子在n2的能級時能量為3.4 ev，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 ev時才能電離，d錯5處于n3能級的氫原子能夠自發(fā)地向低能級躍遷，(1)躍遷過程中電子動能和原子能量如何變化？(2)可能輻射的光子波長是多少？(普朗克常量h6.631034 js)答案(1)電子動能增大，原子能量減小(