原子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)訓(xùn)練題

1、原子結(jié)構(gòu) 教學(xué)目標(biāo)1通過原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展過程的復(fù)習(xí)討論，使學(xué)生強(qiáng)化樹立辯證唯物主義認(rèn)識論的觀點，培養(yǎng)構(gòu)建科學(xué)思維與研究方法從19世紀(jì)末的1897年發(fā)現(xiàn)電子后，在大約20年內(nèi)科學(xué)家們提出了原子結(jié)構(gòu)的以下模型：湯姆生的“棗糕結(jié)構(gòu)”、盧瑟福的“核式結(jié)構(gòu)”、玻爾的“能級結(jié)構(gòu)”、量子力學(xué)的“電子云結(jié)構(gòu)”學(xué)生應(yīng)搞清這四種原子結(jié)構(gòu)理論的內(nèi)容并區(qū)分開這四種模型，特別是以最簡單的氫原子為例，后三種原子結(jié)構(gòu)模型各是如何，不能混淆要使學(xué)生了解，每種原子結(jié)構(gòu)理論的提出，都有特定的實驗基礎(chǔ)和背景，提出后也都有應(yīng)用上的成功和困難；而理論認(rèn)識由低級到高級的發(fā)展，總是離不開科學(xué)實踐與科學(xué)家們符合實際的大膽猜想與假設(shè)，即“實

2、踐、認(rèn)識、再實踐、再認(rèn)識，每一循環(huán)的內(nèi)容，都比較地進(jìn)到了高一級的程度”2使學(xué)生加強(qiáng)理解掌握在盧瑟福核式結(jié)構(gòu)學(xué)說基礎(chǔ)上的玻爾原子結(jié)構(gòu)理論；能夠?qū)湓痈鶕?jù)能級（軌道）定態(tài)躍遷知識解決相關(guān)問題應(yīng)使學(xué)生明確，根據(jù)玻爾理論所描述的原子結(jié)構(gòu)圖景，仍然是盧瑟福所描述的核武結(jié)構(gòu)，不同之處在于：以氫原子為例，它的核外的一個電子并非處在唯一確定軌道，繞核旋轉(zhuǎn)時雖有加速度但不向外輻射電磁波，所以電子不至于因能量減少而落到核上，原子是穩(wěn)定的；這個電子是處在一系列可能的、不連續(xù)的軌道上，即氫原子處在一系列可能的、不連續(xù)的能量定態(tài)（能級）上，當(dāng)原子發(fā)生能級躍遷即電子軌道躍變時，才輻射或吸收一定頻率的光波（光子）這樣，就

3、克服了盧瑟福學(xué)說的原子不穩(wěn)定和解釋不了氫原子光譜的困難3通過氫原子的電子繞核旋轉(zhuǎn)和能級躍遷與衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)的類比和分析討論，提高學(xué)生應(yīng)用力、電、原子知識的綜合分析能力，特別是加強(qiáng)從能量轉(zhuǎn)化守恒觀點出發(fā)分析解決問題的能力教學(xué)重點、難點分析盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與波爾的原子結(jié)構(gòu)理論，作為重點難點知識，學(xué)生在理解掌握上的困難，一是不明確兩種原子結(jié)構(gòu)理論的區(qū)別與聯(lián)系；二是對原子的定態(tài)和能級躍遷等知識的理解認(rèn)識不夠透徹，以致分析解決相關(guān)問題時易混易錯氫原子各定態(tài)的能量值，是電子繞核運(yùn)動的動能（Ek）和電勢能（ ）的代數(shù)和由于取離核無穿遠(yuǎn)處 =0，則電子在正電荷的電場總能量為負(fù)值至于處在基態(tài)的氫原子，其能量

4、（E1）、電子軌道半徑（r1）之值作為結(jié)論給出，不要求推導(dǎo)得出若一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射的光譜線條數(shù)（不同波長、頻率的光波或不同能量的光子數(shù)），可據(jù)下式計算：教學(xué)過程設(shè)計教師活動問：何人何時發(fā)現(xiàn)的電子電子的發(fā)現(xiàn)對人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)有何意義？電子發(fā)現(xiàn)后的大約20年內(nèi)科學(xué)家們先后提出了哪幾種原子結(jié)構(gòu)模型？學(xué)生活動同學(xué)們回憶或看書后答出：1897年，英國人湯姆生研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子電子的發(fā)現(xiàn)說明原子是可分的四種原子結(jié)構(gòu)理論模型為：湯姆生提出“棗糕模型”；1911年英國人盧瑟福提出“盧瑟福核結(jié)構(gòu)學(xué)說”，1913年丹麥人玻爾提出“玻爾原子理論”；20世紀(jì)20年代，海森堡等科學(xué)家提出

5、“量子力學(xué)的原子理論”問：四種原子結(jié)構(gòu)理論的實驗基礎(chǔ)、內(nèi)容、成功之處、困難各如何？同學(xué)們看書、議論利用多媒體手段進(jìn)行如下投影，并簡要說明看投影出的結(jié)論教師活動引導(dǎo)同學(xué)們對一個衛(wèi)星環(huán)繞地球與一個電子環(huán)繞氫原子核的盧瑟福結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行類比分析問：什么力提供衛(wèi)星、電子的向心力？如何表示？學(xué)生活動同學(xué)參與分析回答：地球引力場中的衛(wèi)星所受地球的萬有引力作為向心力原子核（正電荷）電場中的電子受核的庫侖引力作為向心力問：衛(wèi)星、電子的環(huán)繞速度和動能如何表示？（與距離關(guān)系）問：若規(guī)定距地球和原子核無窮遠(yuǎn)時，衛(wèi)星、電子勢能為零，地球衛(wèi)星系統(tǒng)與原子核電子系統(tǒng)的總能量多大？地球的衛(wèi)星重力勢能EP=0動能Ek=0地球系統(tǒng)

6、總能量（機(jī)械能）=0電子的電勢能 =0動能EK=0原子系統(tǒng)總能量=0問：環(huán)行的衛(wèi)星與電子為什么有能量損失？它們的動能、勢能、系統(tǒng)的總能量各如何變化？將有怎樣的結(jié)果？衛(wèi)星要克服大氣阻力做功，損耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能E總=Ep+EkEp減少多，Ek增加少，E總減少環(huán)繞速度V增大，高度h（r）降低，沿螺旋線最終墜入大氣層燒毀或濺落于地球上據(jù)經(jīng)典電磁理論，速度變化的電子要輻射電磁波能量，使它總能量減少E總= +Ek減少多，Ek增加少，E總減少環(huán)繞速度V增大，與核距離減小，輻射電磁波（光）的頻率逐漸增大，（波長逐減）為生成連續(xù)光譜，沿螺旋線最終落于核上問：根據(jù)玻爾理論、氫原子的電子為什么最終不落在核上？為什

7、么原子發(fā)光生成原子光譜？電子在某一定態(tài)軌道上雖有加速度，但不輻射電磁波能量，所以電子不會落到核上，原子是穩(wěn)定的這是因為宏觀的經(jīng)典電磁理論并不適用于微觀電子的運(yùn)動氫原子定態(tài)能量的減少，是由于高能級的激發(fā)態(tài)向低能級定態(tài)或基態(tài)躍遷，輻射一定能量光子造成由于各定態(tài)有確定能量差，所以能生成有確定光子能量（hv）或確定光波頻率（v）、例題（投影）氫原子基態(tài)能量E1=-13.6eV，電子繞核運(yùn)動半徑r1=0.53×10-10m求氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)時：（1）原子系統(tǒng)具有的能量？（2）電子在軌道上運(yùn)動的動能？（3）電子具有的電勢能？（4）向低能級躍遷輻射的光子頻率最多有多少種？其中最低頻率為多少（

8、保留兩位有效數(shù)字）？解：（3）因為E4=Ek4+ 4所以 4=E4-Ek4=-0.85-0.85=-1.7eV（4）最多有六種從n=43；32；21；42；41；31能級差最小的是n=4n=3，所輻射的光子能量為：最低頻率：（普朗克恒量h=6.63×10-34J·S不需記）問：已知氫原子基態(tài)能量E1，氫原子在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，電子的動能和電勢能各為多少？處于量子數(shù)為n激發(fā)態(tài)的氫原子最多能輻射多少種頻率的光譜線？學(xué)生討論后得出：老師酌情回答同學(xué)們提問題同步練習(xí)一、選擇題1在粒子散射實驗中，當(dāng)粒子最接近金原子核時，粒子符合下列哪種情況？ A動能最小B電勢能最小C粒子與金原子

9、核組成的系統(tǒng)的能量最小D所受原子核的斥力最大2盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說初步建立了原子結(jié)構(gòu)的正確圖景，能解決的問題有 A解釋粒子散射現(xiàn)象B用粒子散射數(shù)據(jù)估算原子核的大小C結(jié)合經(jīng)典電磁理論解釋原子的穩(wěn)定性D結(jié)合經(jīng)典電磁理論解釋氫光譜3根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后，則 A原子的能量增加，電子的動能減少B原子的能量增加，電子的動能增加C原子的能量減少，電子的動能減少D原子的能量減少，電子的動能增加4關(guān)于玻爾的原子模型，下列說法中正確的有 A它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說B它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說C它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論D它引入了普朗克的量子理論5按照玻爾理論、當(dāng)氫原子

10、中電子由半徑為ra的圓軌道躍遷到半徑為rb的圓軌道上，若rbra，則在躍遷過程中 A氫原子要吸收一系列頻率的光子B氫原子要輻射一系列頻率的光子C氫原子要吸收某一頻率的光子D氫原子要輻射某一定頻率的光子6處于基態(tài)的氫原子被一束單色光照射后，共發(fā)出三種頻率分別為v1、v2、v3的光子，且v1v2v3，則入射光子的能量應(yīng)為 Ahv1 Bhv2Chv3 Dh（v1+v2+v3）二、非選擇題7氫原子的核外電子由基態(tài)躍遷到n=2的激發(fā)態(tài)時，吸收的光子能量為E，若氫原子的核外電子從n=3的能級躍遷到n=2的能級時，釋放的光子能量是_8當(dāng)氫原子在最低的四個能級之間躍遷時，所輻射的光子的最大頻率為_，最大波長為_9氫原子從能級A躍遷到能級B時，輻射出波長為1的光子，從能級A躍遷到能級C時，輻射出波長為2的光子若12，則氫原子從能級B躍遷到能級C時，將_光子，光子波長為_10已知氫原子基態(tài)電子軌道半徑r1=0.53×10-10m，基態(tài)能量E1=-13.6eV電子的質(zhì)量m=0.9×10-30kg求：（1）電子繞核運(yùn)行的速度和頻率（2）若氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài)，電子繞核運(yùn)行的速度11將氫原子電離