原子結(jié)構(gòu)_氫原子光譜

1、第第2 2課時(shí)課時(shí) 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) 氫原子光譜氫原子光譜考點(diǎn)自清考點(diǎn)自清一、電子的發(fā)現(xiàn)一、電子的發(fā)現(xiàn)1.1.陰極射線的發(fā)現(xiàn)陰極射線的發(fā)現(xiàn) 1919世紀(jì)世紀(jì), ,科學(xué)家研究稀薄氣體放電科學(xué)家研究稀薄氣體放電, ,發(fā)現(xiàn)陰極發(fā)發(fā)現(xiàn)陰極發(fā) 出一種射線出一種射線 . .2.2.電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn) 湯姆孫確定陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成湯姆孫確定陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成, ,并并 測(cè)定出它的比荷測(cè)定出它的比荷 , ,之后用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了它之后用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了它 的電荷量的電荷量, ,確定它是組成各種物質(zhì)的基本成分確定它是組成各種物質(zhì)的基本成分, , 稱之為稱之為 . .3.3.電子的發(fā)現(xiàn)說明原子也

2、是可再分的電子的發(fā)現(xiàn)說明原子也是可再分的. .陰極射線陰極射線電子電子me二、原子結(jié)構(gòu)二、原子結(jié)構(gòu)1.1.實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ): :粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)用用粒子轟擊金粒子轟擊金 箔箔, ,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)粒子直進(jìn)粒子直進(jìn), ,少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn), ,極少極少 數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn), ,個(gè)別的發(fā)生反彈個(gè)別的發(fā)生反彈. .2.2.原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu): :在原子中心有一個(gè)很小的核在原子中心有一個(gè)很小的核( (原子核原子核),), 原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原 子核里子核里, ,帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)

3、. .3.3.原子核的大小原子核的大小: :直徑數(shù)量級(jí)在直徑數(shù)量級(jí)在1010-14 -14 m m1010-15 -15 m m以以 下下, ,原子大小數(shù)量級(jí)為原子大小數(shù)量級(jí)為1010-10 -10 m.m.4.4.核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng): :由原子核對(duì)核外電子的由原子核對(duì)核外電子的 作為核外電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力作為核外電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力. .庫(kù)侖力庫(kù)侖力三、光譜和光譜分析三、光譜和光譜分析1.1.光譜光譜: :用光柵和棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開用光柵和棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開. .獲得獲得 光的波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)( (頻率頻率) )成分和成分和 的記錄的記錄, ,即光譜即光譜. .2.2.線狀譜

4、線狀譜: :有些光譜是一條條的亮線有些光譜是一條條的亮線, ,這樣的光譜這樣的光譜 叫線狀譜叫線狀譜. .3.3.連續(xù)譜連續(xù)譜: :有些光譜是連在一起的光帶有些光譜是連在一起的光帶, ,叫連續(xù)譜叫連續(xù)譜. .4.4.光譜分析光譜分析: :每種原子都有自己的特征譜線每種原子都有自己的特征譜線, ,可以可以 利用它來鑒別物質(zhì)或確定物質(zhì)的組成成分利用它來鑒別物質(zhì)或確定物質(zhì)的組成成分, ,這種這種 方法叫光譜分析方法叫光譜分析. .強(qiáng)度分布強(qiáng)度分布四、氫原子光譜四、氫原子光譜 巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線, ,其波長(zhǎng)公其波長(zhǎng)公 式式 ( (n n=3,4,5,)=3

5、,4,5,)可見可見n n取整數(shù)取整數(shù), ,不不 能取連續(xù)值能取連續(xù)值, ,故波長(zhǎng)也只能是分立的值故波長(zhǎng)也只能是分立的值. .五、玻爾理論五、玻爾理論1.1.玻爾理論玻爾理論 (1)(1)軌道量子化軌道量子化: :電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道 的的. . (2) (2)能量狀態(tài)量子化能量狀態(tài)量子化: :原子只能處于一系列不連原子只能處于一系列不連 續(xù)的能量狀態(tài)中續(xù)的能量狀態(tài)中. .能量最低的狀態(tài)叫能量最低的狀態(tài)叫 , , 其他狀態(tài)叫其他狀態(tài)叫 . . (3) (3)躍遷假說躍遷假說: :原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定 態(tài)要輻射態(tài)要輻射( (或吸收或吸收) )一

6、定頻率的光子一定頻率的光子, ,即即h h= = (mn).(mn).)121(122nR不連續(xù)不連續(xù)基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)E Em m- -E En n2.2.氫原子的能級(jí)和軌道半徑氫原子的能級(jí)和軌道半徑 (1)(1)氫原子的能級(jí)公式氫原子的能級(jí)公式: :E En n= = E E1 1( (n n=1,2,3,),=1,2,3,), 其中其中E E1 1為基態(tài)能量為基態(tài)能量E E1 1=-13.6 eV=-13.6 eV. . (2) (2)氫原子的半徑公式氫原子的半徑公式: :r rn n= =n n2 2r r1 1( (n n=1,2,3,),=1,2,3,),其其 中中r r1 1為

7、基態(tài)半徑為基態(tài)半徑, ,又稱玻爾半徑又稱玻爾半徑r r1 1=0.53=0.531010-10 -10 m.m.3.3.氫原子的能級(jí)圖氫原子的能級(jí)圖, ,如圖如圖1 1所示所示. .21n圖圖1 14.4.弗蘭克弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn) (1)(1)如果原子的能級(jí)是分立的如果原子的能級(jí)是分立的, ,那么用碰撞的方那么用碰撞的方 式使原子吸收的能量式使原子吸收的能量, ,即其他粒子轉(zhuǎn)移給原子的即其他粒子轉(zhuǎn)移給原子的 能量能量, ,也應(yīng)該是也應(yīng)該是 的的. . (2)1914 (2)1914年年, ,弗蘭克和赫茲采用電子轟擊汞原子弗蘭克和赫茲采用電子轟擊汞原子, , 發(fā)現(xiàn)電子損失的能量發(fā)現(xiàn)電子損失的

8、能量, ,也就是汞原子吸收的能量也就是汞原子吸收的能量, , 是分立的是分立的, ,從而證明汞原子的能量是量子化的從而證明汞原子的能量是量子化的. .5.5.玻爾理論的成功、局限和電子云玻爾理論的成功、局限和電子云 玻爾的成功之處在于引入了玻爾的成功之處在于引入了 觀念觀念, ,局限之局限之 處在于保留了過多的經(jīng)典理論處在于保留了過多的經(jīng)典理論. . 電子云電子云: :電子云是描述電子在原子核外各區(qū)域出電子云是描述電子在原子核外各區(qū)域出 現(xiàn)的幾率的狀況現(xiàn)的幾率的狀況, ,為直觀起見為直觀起見, ,把電子的這種幾把電子的這種幾 率分布狀況用圖象表示時(shí)率分布狀況用圖象表示時(shí), ,這種圖象所顯示的結(jié)

9、這種圖象所顯示的結(jié) 果有如電子在原子核周圍形成的云霧果有如電子在原子核周圍形成的云霧, ,故稱電子云故稱電子云. .量子化量子化量子量子熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)一熱點(diǎn)一 三個(gè)原子模型的對(duì)比三個(gè)原子模型的對(duì)比實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)差異結(jié)構(gòu)差異成功和局限成功和局限“棗糕棗糕”模型模型電子的電子的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)帶正電物質(zhì)均帶正電物質(zhì)均勻分布在原子勻分布在原子內(nèi)內(nèi), ,電子鑲嵌其電子鑲嵌其中中解釋了一些實(shí)驗(yàn)事解釋了一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)實(shí), ,無法說明無法說明粒子粒子散射實(shí)驗(yàn)散射實(shí)驗(yàn)核式結(jié)核式結(jié)構(gòu)模型構(gòu)模型粒子散粒子散射實(shí)驗(yàn)射實(shí)驗(yàn)全部正電荷和全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量幾乎全部質(zhì)量集中在核里集中在核里, ,電電子繞核旋轉(zhuǎn)子繞核

10、旋轉(zhuǎn)成功解釋了成功解釋了粒子粒子散射實(shí)驗(yàn)散射實(shí)驗(yàn), ,無法解釋無法解釋原子的穩(wěn)定性與原原子的穩(wěn)定性與原子光譜的分立特征子光譜的分立特征玻爾的原玻爾的原子模型子模型氫原子光氫原子光譜的研究譜的研究在核式結(jié)構(gòu)模在核式結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上型基礎(chǔ)上, ,引入引入量子化觀點(diǎn)量子化觀點(diǎn)成功解釋了氫原子成功解釋了氫原子光譜光譜, ,無法解釋較復(fù)無法解釋較復(fù)雜的原子光譜雜的原子光譜 特別提示特別提示 認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的線索認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的線索: :氣體放電的研究氣體放電的研究 陰極陰極 射線射線 發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)電子 湯姆孫的湯姆孫的“棗糕棗糕”模型模型 盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型 玻爾模型玻爾模型. .氫原子光譜

11、的研究氫原子光譜的研究粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)二熱點(diǎn)二 對(duì)原子躍遷條件的理解對(duì)原子躍遷條件的理解1.1.原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷: :吸收一定能量的光吸收一定能量的光 子子, ,當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足h h= =E E末末- -E E初初時(shí)時(shí), ,才能才能 被某一個(gè)原子吸收被某一個(gè)原子吸收, ,使原子從低能級(jí)使原子從低能級(jí)E E初初向高能級(jí)向高能級(jí) E E末末躍遷躍遷, ,而當(dāng)光子能量而當(dāng)光子能量h h大于或小于大于或小于E E末末- -E E初初時(shí)時(shí) 都不能被原子吸收都不能被原子吸收. .2.2.原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,

12、 ,以光子的形式向外以光子的形式向外 輻射能量輻射能量, ,所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時(shí)所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時(shí) 的兩能級(jí)間的能量差的兩能級(jí)間的能量差. .3.3.原子吸收能量的原則是吸收的能量恰好等于某原子吸收能量的原則是吸收的能量恰好等于某 兩個(gè)能級(jí)之差兩個(gè)能級(jí)之差, ,或者是吸收能量大于或等于其電或者是吸收能量大于或等于其電 離能離能, ,使電子成為自由電子使電子成為自由電子; ;所以當(dāng)原子吸收光所以當(dāng)原子吸收光 子時(shí)子時(shí), ,由于光子不可分由于光子不可分, ,故其必須選擇能量滿足故其必須選擇能量滿足 上述原則的光子上述原則的光子; ;當(dāng)原子吸收實(shí)物粒子當(dāng)原子吸收實(shí)物粒子(

13、(如電子如電子) ) 的能量時(shí)的能量時(shí), ,原子可以根據(jù)原子可以根據(jù)“需要需要”吸收其中的一吸收其中的一 部分能量部分能量, ,也即吸收實(shí)物粒子的能量沒有條件也即吸收實(shí)物粒子的能量沒有條件 限制限制. .特別提示特別提示 (1)(1)原子躍遷條件原子躍遷條件h h= =E Em m- -E En n只適用于光子和原只適用于光子和原 子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況. .對(duì)于對(duì)于 光子和原子作用而使原子電離時(shí)光子和原子作用而使原子電離時(shí), ,只要入射光的只要入射光的 能量能量E E13.6 eV13.6 eV, ,原子就能吸收原子就能吸收. .對(duì)于實(shí)物粒子

14、對(duì)于實(shí)物粒子 與原子作用使原子激發(fā)時(shí)與原子作用使原子激發(fā)時(shí), ,粒子能量大于或等于粒子能量大于或等于 能級(jí)差即可能級(jí)差即可. . (2) (2)原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)N N=C=C2 2n n= ,= , 是一群氫原子是一群氫原子, ,而不是一個(gè)而不是一個(gè), ,因?yàn)槟骋粋€(gè)氫原子因?yàn)槟骋粋€(gè)氫原子 有固定的躍遷路徑有固定的躍遷路徑. .2) 1( nn熱點(diǎn)三熱點(diǎn)三 氫原子中電子運(yùn)動(dòng)的有關(guān)計(jì)算氫原子中電子運(yùn)動(dòng)的有關(guān)計(jì)算 氫原子在各個(gè)不同的能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的電子氫原子在各個(gè)不同的能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的電子 軌道軌道, ,電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能

15、和系統(tǒng)的電勢(shì) 能之和即為原子的能量能之和即為原子的能量, ,即即E En n= =E Ek k+ +E Ep p. . (1) (1)電子運(yùn)動(dòng)的速度、周期、動(dòng)能與半徑的關(guān)系電子運(yùn)動(dòng)的速度、周期、動(dòng)能與半徑的關(guān)系 由庫(kù)侖力提供向心力由庫(kù)侖力提供向心力k k 電子速度電子速度v vn n= =nnnrmre222vnmrke2 電子運(yùn)動(dòng)周期電子運(yùn)動(dòng)周期T Tn n= = 電子的動(dòng)能電子的動(dòng)能E Ek kn n= = (2) (2)系統(tǒng)的電勢(shì)能變化可根據(jù)庫(kù)侖力做功來判斷系統(tǒng)的電勢(shì)能變化可根據(jù)庫(kù)侖力做功來判斷: : 靠近核靠近核, ,庫(kù)侖力對(duì)電子做正功庫(kù)侖力對(duì)電子做正功, ,系統(tǒng)電勢(shì)能減小系統(tǒng)電勢(shì)能減

16、小; ; 遠(yuǎn)離核遠(yuǎn)離核, ,庫(kù)侖力對(duì)電子做負(fù)功庫(kù)侖力對(duì)電子做負(fù)功, ,系統(tǒng)電勢(shì)能增加系統(tǒng)電勢(shì)能增加. .2322kemrrnnnvnnrkem22122v題型探究題型探究題型題型1 1 粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解【例例1 1】(1)(1)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論與關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論與粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn) 的關(guān)系的關(guān)系, ,下列說法正確的是下列說法正確的是 ( )( ) A. A.盧瑟福做盧瑟福做粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證湯姆孫粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證湯姆孫 的棗糕模型是錯(cuò)誤的的棗糕模型是錯(cuò)誤的 B.B.盧瑟福認(rèn)識(shí)到湯姆孫盧瑟福認(rèn)識(shí)到湯姆孫“棗糕模型棗糕模型”的錯(cuò)誤后的錯(cuò)誤后 提出了提出了“核式結(jié)

17、構(gòu)核式結(jié)構(gòu)”理論理論 C.C.盧瑟福的盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證核式結(jié)粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證核式結(jié) 構(gòu)理論的正確性構(gòu)理論的正確性 D.D.盧瑟福依據(jù)盧瑟福依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象提出了原粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象提出了原 子的子的“核式結(jié)構(gòu)核式結(jié)構(gòu)”理論理論 (2) (2)在在粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子散射實(shí)驗(yàn)中, ,粒子的偏轉(zhuǎn)是由于粒子的偏轉(zhuǎn)是由于 受到原子內(nèi)正電荷的庫(kù)侖力而發(fā)生的受到原子內(nèi)正電荷的庫(kù)侖力而發(fā)生的. .實(shí)驗(yàn)中即實(shí)驗(yàn)中即 使使1 mm1 mm厚的金箔也大約有厚的金箔也大約有3 3003 300層原子層原子, ,但絕大但絕大 多數(shù)的多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)粒子穿過金箔后仍沿原來的

18、方向前進(jìn), , 只有少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)只有少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn), ,這說明了什么這說明了什么? ? 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥 求解此題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)求解此題應(yīng)注意以下兩點(diǎn): : (1) (1)應(yīng)依據(jù)人們探測(cè)原子的結(jié)構(gòu)的歷史進(jìn)程進(jìn)行應(yīng)依據(jù)人們探測(cè)原子的結(jié)構(gòu)的歷史進(jìn)程進(jìn)行 分析判斷分析判斷. . (2) (2)根據(jù)根據(jù)粒子偏轉(zhuǎn)的原因進(jìn)行分析粒子偏轉(zhuǎn)的原因進(jìn)行分析. . 解析解析 (1)(1)由于盧瑟福設(shè)計(jì)的由于盧瑟福設(shè)計(jì)的粒子散射實(shí)驗(yàn)是粒子散射實(shí)驗(yàn)是 為了探究原子內(nèi)電荷的分布為了探究原子內(nèi)電荷的分布, ,并非為了驗(yàn)證湯姆并非為了驗(yàn)證湯姆 孫模型是錯(cuò)誤的孫模型是錯(cuò)誤的,A,A錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;盧瑟福并不是認(rèn)識(shí)

19、到盧瑟福并不是認(rèn)識(shí)到 “ “棗糕模型棗糕模型”的錯(cuò)誤而提出的錯(cuò)誤而提出“核式結(jié)構(gòu)核式結(jié)構(gòu)”理論理論 的的,B,B錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;盧瑟福做了盧瑟福做了粒子散射實(shí)驗(yàn)后粒子散射實(shí)驗(yàn)后, ,由實(shí)由實(shí) 驗(yàn)現(xiàn)象提出了驗(yàn)現(xiàn)象提出了“核式結(jié)構(gòu)核式結(jié)構(gòu)”理論理論,C,C錯(cuò)誤錯(cuò)誤,D,D正確正確. . (2) (2)粒子穿過金箔后絕大多數(shù)仍沿原來的方向粒子穿過金箔后絕大多數(shù)仍沿原來的方向 前進(jìn)前進(jìn), ,說明它們距正電荷部分較遠(yuǎn)說明它們距正電荷部分較遠(yuǎn), ,庫(kù)侖力很小庫(kù)侖力很小; ; 盡管經(jīng)過若干層原子盡管經(jīng)過若干層原子, ,但靠近正電荷部分的機(jī)會(huì)但靠近正電荷部分的機(jī)會(huì) 很小很小, ,這說明原子內(nèi)帶正電荷部分在整個(gè)原

20、子中這說明原子內(nèi)帶正電荷部分在整個(gè)原子中 占的空間非常小占的空間非常小. . 答案答案 (1)D (2)(1)D (2)說明原子內(nèi)帶正電荷部分在說明原子內(nèi)帶正電荷部分在 整個(gè)原子中占的空間非常小整個(gè)原子中占的空間非常小. . 方法歸納方法歸納 微觀世界是看不見的微觀世界是看不見的, ,但我們可以根據(jù)它們產(chǎn)生但我們可以根據(jù)它們產(chǎn)生 的各種效應(yīng)來進(jìn)行分析、推理和判斷的各種效應(yīng)來進(jìn)行分析、推理和判斷, ,來達(dá)到認(rèn)來達(dá)到認(rèn) 識(shí)微觀世界的目的識(shí)微觀世界的目的; ;對(duì)于實(shí)驗(yàn)推理類問題對(duì)于實(shí)驗(yàn)推理類問題, ,要求要求 記住記住: :實(shí)驗(yàn)的作者、時(shí)間和裝置實(shí)驗(yàn)的作者、時(shí)間和裝置; ;實(shí)驗(yàn)事實(shí)實(shí)驗(yàn)事實(shí) 或現(xiàn)象或

21、現(xiàn)象; ;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出什么結(jié)論由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出什么結(jié)論; ;實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)的 意義所在意義所在. .變式練習(xí)變式練習(xí)1 1 在盧瑟福的在盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子散射實(shí)驗(yàn)中, ,有少數(shù)有少數(shù) 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn), ,其原因是其原因是 ( )( ) A. A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很 小的核上小的核上 B.B.正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的 C.C.原子中存在著帶負(fù)電的電子原子中存在著帶負(fù)電的電子 D.D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 解析解析 原子中有電子原子中有

22、電子, ,但電子的質(zhì)量很小但電子的質(zhì)量很小, ,不到不到 粒子的七千分之一粒子的七千分之一, ,粒子碰到它粒子碰到它, ,就像飛行就像飛行 的子彈碰到一粒塵埃一樣的子彈碰到一粒塵埃一樣, ,運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明 顯的改變顯的改變; ;若原子中的正電荷是均勻分布的若原子中的正電荷是均勻分布的, , 粒子穿過原子時(shí)粒子穿過原子時(shí), ,它受到原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)正電荷的它受到原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)正電荷的 斥力大部分互相抵消斥力大部分互相抵消, ,使使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很 大大, ,不會(huì)產(chǎn)生大角度的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象不會(huì)產(chǎn)生大角度的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象, ,選項(xiàng)選項(xiàng)B B、C C錯(cuò)誤錯(cuò)誤. . 原子核集中了

23、原子全部正電荷和絕大部分質(zhì)量原子核集中了原子全部正電荷和絕大部分質(zhì)量, , 當(dāng)當(dāng)粒子十分接近原子核時(shí)粒子十分接近原子核時(shí), ,就會(huì)受到很大的庫(kù)就會(huì)受到很大的庫(kù) 侖斥力侖斥力, ,發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn), ,由于原子核很小由于原子核很小, ,粒粒 子穿過金箔時(shí)接近原子核的機(jī)會(huì)很小子穿過金箔時(shí)接近原子核的機(jī)會(huì)很小, ,所以所以, ,只只 有少數(shù)有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn), ,選項(xiàng)選項(xiàng)A A正確正確. .原子原子 只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中, ,是原子光是原子光 譜不連續(xù)的原因譜不連續(xù)的原因, ,不是不是粒子大角度散射的原因粒子大角度散射的

24、原因, , 選項(xiàng)選項(xiàng)D D錯(cuò)誤錯(cuò)誤. .綜上可知綜上可知, ,選項(xiàng)選項(xiàng)A A正確正確. . 答案答案 A題型題型2 2 氫原子能級(jí)躍遷問題氫原子能級(jí)躍遷問題【例例2 2】如圖如圖2 2所示為氫原子最低的四個(gè)能級(jí)所示為氫原子最低的四個(gè)能級(jí), ,當(dāng)氫當(dāng)氫 原子在這些能級(jí)間躍遷時(shí)原子在這些能級(jí)間躍遷時(shí): : (1) (1)有可能放出有可能放出 種能量的光子種能量的光子. . (2) (2)在哪兩個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)在哪兩個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí), ,所放出光子波長(zhǎng)最所放出光子波長(zhǎng)最 長(zhǎng)長(zhǎng)? ?波長(zhǎng)是多少波長(zhǎng)是多少? ?圖圖2思維導(dǎo)圖思維導(dǎo)圖 解析解析 (1)(1)由由N N= =6= =6種種. . (2) (2)

25、氫原子由第四能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí)氫原子由第四能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí), ,能級(jí)能級(jí) 差最小差最小, ,輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng). . 由由h h= =E E4 4- -E E3 3, ,得得h h = =E E4 4- -E E3 3 所以所以= = = =1.88 =1.881010-6 -6 m m 答案答案 (1)6 (2)1.88(1)6 (2)1.881010-6 -6 m m2) 14(42) 1(nnc34EEhcm106 . 1)51. 1(85. 01031063. 619834方法歸納方法歸納 1.1.量子數(shù)為量子數(shù)為n n的氫原子輻射光子的可能頻率的判的氫原子輻射

26、光子的可能頻率的判 定方法定方法: : 如果是一個(gè)氫原子如果是一個(gè)氫原子, ,向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的 光子數(shù)為光子數(shù)為( (n n-1).-1). 如果是一群氫原子如果是一群氫原子, ,向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的 光子為光子為C C 種種. . 2. 2.理解氫原子能級(jí)圖理解氫原子能級(jí)圖, ,量子數(shù)越大的能級(jí)間能級(jí)量子數(shù)越大的能級(jí)間能級(jí) 差越小差越小, ,發(fā)出光子波長(zhǎng)越長(zhǎng)發(fā)出光子波長(zhǎng)越長(zhǎng). .2n變式練習(xí)變式練習(xí)2 2 如圖如圖3 3所示所示, ,氫原子從氫原子從n n2 2的某一能級(jí)的某一能級(jí) 躍遷到躍遷到n n=2=2的能級(jí)的能級(jí), ,輻射出

27、能量為輻射出能量為2.55 eV2.55 eV的光子的光子. . 問最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的問最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的 能量能量, ,才能使它輻射上述能量的光子？請(qǐng)?jiān)趫D中才能使它輻射上述能量的光子？請(qǐng)?jiān)趫D中 畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖. .圖圖3 解析解析 氫原子從氫原子從n n2 2的某一能級(jí)躍遷到的某一能級(jí)躍遷到n n=2=2的能的能 級(jí)級(jí), ,輻射光子的頻率滿足輻射光子的頻率滿足: : h h= =E En n- -E E2 2=2.55 eV=2.55 eV E En n= =h h+ +E E2 2=-

28、0.85 eV=-0.85 eV, ,所以所以n n=4=4 基態(tài)氫原子要躍遷到基態(tài)氫原子要躍遷到n n=4=4的能級(jí)的能級(jí), ,應(yīng)提供應(yīng)提供: : E E= =E E4 4- -E E1 1=12.75 eV=12.75 eV 躍遷圖見下圖躍遷圖見下圖 答案答案 12.75 eV12.75 eV 見解析圖見解析圖【例例3 3】19511951年年, ,物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”, ,所所 謂謂“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”, ,就是由一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電就是由一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電 子繞它們的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)形成的相對(duì)穩(wěn)定的系子繞它們的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)形成的相對(duì)穩(wěn)定的系 統(tǒng)統(tǒng). .已知正、

29、負(fù)電子的質(zhì)量均為已知正、負(fù)電子的質(zhì)量均為m me e, ,普朗克常量普朗克常量 為為h h, ,靜電力常量為靜電力常量為k k. . (1) (1)假設(shè)假設(shè)“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”中正、負(fù)電子繞它們質(zhì)量中正、負(fù)電子繞它們質(zhì)量 中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r r、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)速度v v 及電子的質(zhì)量滿足玻爾的軌道量子化理及電子的質(zhì)量滿足玻爾的軌道量子化理: : 2 2m me ev vr r= =n n , ,n n=1,2,“=1,2,“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”的能量為的能量為 正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)能之和正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)能之和. .已知已知2h 兩正

30、負(fù)電子相距為兩正負(fù)電子相距為L(zhǎng) L時(shí)系統(tǒng)的電勢(shì)能為時(shí)系統(tǒng)的電勢(shì)能為E E=-=-k k . . 試求試求n n=1=1時(shí)時(shí)“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”的能量的能量. . (2)“ (2)“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”由第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出由第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出 光子的波長(zhǎng)為多大光子的波長(zhǎng)為多大? ? 解析解析 (1)(1)由于正、負(fù)電子質(zhì)量相等由于正、負(fù)電子質(zhì)量相等, ,故兩電子故兩電子 的軌道半徑相等的軌道半徑相等, ,設(shè)為設(shè)為r r, ,則正負(fù)電子間距為則正負(fù)電子間距為2 2r r, , 速度均為速度均為v v, ,則有則有 依題意依題意, ,有有2 2m me ev vr=nr=n 而電子偶數(shù)能量

31、而電子偶數(shù)能量: :E En n=2=2 m me ev v2 2- -Le22h21rke22rmerke2224v 由由式聯(lián)立得式聯(lián)立得E En n=- ,=- ,n n=1,2 =1,2 取取n n=1=1可得電子偶數(shù)基態(tài)能量為可得電子偶數(shù)基態(tài)能量為E E1 1=-=- (2) (2)由由式可得電子偶數(shù)處于第一激發(fā)態(tài)時(shí)的能式可得電子偶數(shù)處于第一激發(fā)態(tài)時(shí)的能 量為量為E E2 2= = 設(shè)電子偶數(shù)從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)出光設(shè)電子偶數(shù)從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)出光 子的波長(zhǎng)為子的波長(zhǎng)為,則則E E2 2- -E E1 1= =hchc/ 由以上各式解得由以上各式解得= 答案答案 (1)

32、(2)(1) (2)2422hekme24224hrkme22422nhrkme422334ekmche24224hrkme422334ekmche 【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】 本題共本題共1818分分. .其中其中式各式各2 2分分, ,式式 各各3 3分分. . 【名師導(dǎo)析名師導(dǎo)析】 解決新情境下的信息給予題的關(guān)鍵是從已給信解決新情境下的信息給予題的關(guān)鍵是從已給信 息中抽象出對(duì)應(yīng)的物理模型息中抽象出對(duì)應(yīng)的物理模型. .本題三條突出已給本題三條突出已給 信息信息: :“電子偶數(shù)電子偶數(shù)”繞其中心旋轉(zhuǎn)繞其中心旋轉(zhuǎn), ,抽象出抽象出 = = m me e . .能量的計(jì)算方法能量的計(jì)算方法. .符合玻

33、爾的軌道量符合玻爾的軌道量 子化理論子化理論, ,抽象出抽象出E En n= .= .將以上三點(diǎn)融入原子將以上三點(diǎn)融入原子 模型及躍遷的相關(guān)知識(shí)模型及躍遷的相關(guān)知識(shí), ,難點(diǎn)迎刃而解難點(diǎn)迎刃而解. .224rker2v21nE自我批閱自我批閱 (20(20分分) )氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r r1 1=0.53=0.53 10 10-10 -10 m,m,能量能量E E1 1=-13.6 eV=-13.6 eV. .求氫原子處于基態(tài)時(shí)求氫原子處于基態(tài)時(shí): : (1) (1)電子的動(dòng)能電子的動(dòng)能. . (2) (2)原子的電勢(shì)能原子的電勢(shì)能. . (3) (3)用波長(zhǎng)是多少的

34、光照射可使其電離？用波長(zhǎng)是多少的光照射可使其電離？ (4)(4)電子在核外旋轉(zhuǎn)的等效電流電子在核外旋轉(zhuǎn)的等效電流.(.(已知電子質(zhì)量已知電子質(zhì)量 m m=9.1=9.11010-31 -31 kg)kg) 解析解析 (1)(1)設(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為設(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為 v v1 1, ,則則: : k k(3(3分分) ) 所以電子動(dòng)能所以電子動(dòng)能E Ek1k1= = = = (2(2分分) ) (2) (2)因?yàn)橐驗(yàn)镋 E1 1= =E Ek1k1+ +E Ep1p1(3(3分分) ) 所以所以E Ep1p1= =E E1 1- -E Ek1k1=-13.6 eV-1

35、3.6 eV=-27.2 eV=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV (2 (2分分) ) (3) (3)設(shè)用波長(zhǎng)設(shè)用波長(zhǎng)的光照射可使氫原子電離的光照射可使氫原子電離: : =0- =0-E E1 1 (3(3分分) )121212rmrev122rkeeV106 . 11053. 02)106 . 1 (10919102199hc 所以所以=-=- =0.914 1 =0.914 11010-7 -7 m m(2(2分分) ) (4) (4)等效的環(huán)形電流等效的環(huán)形電流I I= = 由由 = =mrmr1 1( )( )2 2, ,可得可得T T=2=2(3(3分分) ) 所以

36、所以I I= = 代入數(shù)據(jù)解得代入數(shù)據(jù)解得I I=1.05=1.051010-3 -3 A A(2(2分分) ) 答案答案 (1)13.6 eV (2)-27.2 eV(1)13.6 eV (2)-27.2 eV (3)0.914 1 (3)0.914 11010-7 -7 m m (4)1.05 (4)1.051010-3 -3 A Am19106 . 16 .131031063. 68341EhcTe212rkeT2231kemr3122mrkeTe素能提升素能提升1.1.利用光譜分析鑒別物質(zhì)的組成成分時(shí)利用光譜分析鑒別物質(zhì)的組成成分時(shí), ,靈敏度是靈敏度是 很高的很高的. . (1) (

37、1)如何進(jìn)行操作如何進(jìn)行操作? ? (2) (2)如圖如圖4 4甲所示的甲所示的abcdabcd為四種為四種 元素的特征譜線，圖乙是某礦元素的特征譜線，圖乙是某礦 物的線狀譜，通過光譜分析可物的線狀譜，通過光譜分析可 以確定該礦物中缺少的元素為以確定該礦物中缺少的元素為 . . A. A.a a元素元素B.B.b b元素元素 C.C.c c元素元素D.D.d d元素元素圖圖4 解析解析 (1)(1)光譜分析中首先獲取樣本的線狀譜光譜分析中首先獲取樣本的線狀譜, , 然后利用各種原子的特征譜線加以對(duì)照然后利用各種原子的特征譜線加以對(duì)照, ,從而確從而確 定組成成分定組成成分. . (2) (2)

38、由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行 對(duì)照對(duì)照, ,b b元素的譜線在該線狀譜中不存在元素的譜線在該線狀譜中不存在, ,故故B B正正 確確. .與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說明該礦與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說明該礦 物中還有其他元素物中還有其他元素. . 答案答案 (1)(1)見解析見解析 (2)B(2)B2.2.原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過程是非常曲折的原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過程是非常曲折的, ,請(qǐng)回答下列請(qǐng)回答下列 問題問題. . (1) (1)核式結(jié)構(gòu)和玻爾模型提出的背景分別是核式結(jié)構(gòu)和玻爾模型提出的背景分別是 (2) (2)在原子物理中在原子物理中, ,粒子

39、間經(jīng)常發(fā)生碰撞粒子間經(jīng)常發(fā)生碰撞, ,一速度一速度 為為v v0 0的粒子的粒子, ,與靜止的氫核發(fā)生完全非彈性碰撞與靜止的氫核發(fā)生完全非彈性碰撞 后后, ,它們的共同速度為它們的共同速度為v vH H, ,如果這個(gè)粒子仍以速度如果這個(gè)粒子仍以速度 v v0 0與靜止的碳核發(fā)生彈性碰撞與靜止的碳核發(fā)生彈性碰撞, ,碰后碳核的速度碰后碳核的速度 為為v vC C, ,現(xiàn)在測(cè)得現(xiàn)在測(cè)得 , ,已知碳核質(zhì)量為已知碳核質(zhì)量為m mC C與氫與氫 核質(zhì)量核質(zhì)量m mH H之比為之比為12,12,求粒子質(zhì)量與氫核質(zhì)量之比求粒子質(zhì)量與氫核質(zhì)量之比. .134HCvv 解析解析 (2)(2)粒子與氫核發(fā)生完全

40、非彈性碰撞后粒子與氫核發(fā)生完全非彈性碰撞后, , 由動(dòng)量守恒有由動(dòng)量守恒有 mxmxv v0 0=(=(m mx x+ +m mH H) )v vH H v vH H= = 粒子與碳核發(fā)生完全彈性碰撞后粒子與碳核發(fā)生完全彈性碰撞后, ,由動(dòng)量和能量由動(dòng)量和能量 守恒有守恒有 m mx xv v0 0= =m mx xv v+ +m mC Cv vC C, , 由以上兩式得由以上兩式得v vC C= =H0mmmxxv22222CC20vvvmmmxxC02mmmxxv 由由兩式和題設(shè)條件有兩式和題設(shè)條件有 將將m mC C=12=12m mH H代入代入式后得式后得m mx xm mH H=1

41、1.=11. 答案答案 (1)(1)湯姆孫的湯姆孫的“棗糕模型棗糕模型”無法解釋無法解釋 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn). .盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)無法解釋原盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)無法解釋原 子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征. . (2)11 (2)11134)(2CHHCmmmmxxvv3.3.已知鈉原子在已知鈉原子在A A、B B、C C、D D、E E幾個(gè)能級(jí)間躍遷幾個(gè)能級(jí)間躍遷 時(shí)輻射的波長(zhǎng)分別為時(shí)輻射的波長(zhǎng)分別為:589 nm(:589 nm(B BA A),330 nm),330 nm ( (C CA A),285 nm(),285 nm(D DA A),514 nm()

42、,514 nm(E EB B).).試作出試作出 鈉原子在這幾個(gè)能量范圍的能級(jí)圖鈉原子在這幾個(gè)能量范圍的能級(jí)圖. .作圖時(shí)注意作圖時(shí)注意, , 表示能級(jí)的橫線間的距離和相應(yīng)能級(jí)差成正比表示能級(jí)的橫線間的距離和相應(yīng)能級(jí)差成正比, , 并在線旁以電子伏為單位標(biāo)出這個(gè)能級(jí)的值并在線旁以電子伏為單位標(biāo)出這個(gè)能級(jí)的值( (設(shè)設(shè) 最高能級(jí)為零最高能級(jí)為零).). 解析解析 根據(jù)根據(jù)E E= = 可以由輻射的波長(zhǎng)得到幾個(gè)可以由輻射的波長(zhǎng)得到幾個(gè) 能級(jí)差能級(jí)差; ; E EB B- -E EA A=2.1 eV;=2.1 eV;E EC C- -E EA A=3.8 eV=3.8 eV; ; E ED D-

43、-E EA A=4.4 eV;=4.4 eV;E EE E- -E EB B=2.4 eV=2.4 eV. .hc 根據(jù)以上能級(jí)差所作能級(jí)圖如下圖所示根據(jù)以上能級(jí)差所作能級(jí)圖如下圖所示. . 答案答案 見解析圖見解析圖4.4.原子可以從原子間的碰撞中獲得能量原子可以從原子間的碰撞中獲得能量, ,從而發(fā)生從而發(fā)生 能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷( (在碰撞中在碰撞中, ,動(dòng)能損失最大的是完全非動(dòng)能損失最大的是完全非 彈性碰撞彈性碰撞).).一個(gè)具有一個(gè)具有13.6 eV13.6 eV動(dòng)能、處于基態(tài)的動(dòng)能、處于基態(tài)的 氫原子與另一個(gè)靜止的、也處于基態(tài)的氫原子氫原子與另一個(gè)靜止的、也處于基態(tài)的氫原子 發(fā)生對(duì)心正碰

44、發(fā)生對(duì)心正碰. . (1) (1)是否可以使基態(tài)氫原子是否可以使基態(tài)氫原子 發(fā)生能級(jí)躍遷發(fā)生能級(jí)躍遷( (氫原子能級(jí)氫原子能級(jí) 如圖如圖5 5所示所示)?)? (2) (2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離, , 則氫原子的初動(dòng)能至少為多少則氫原子的初動(dòng)能至少為多少? ?圖圖5 解析解析 (1)(1)設(shè)運(yùn)動(dòng)氫原子的速度為設(shè)運(yùn)動(dòng)氫原子的速度為v v0 0, ,完全非彈完全非彈 性碰撞后兩者的速度為性碰撞后兩者的速度為v v, ,損失的動(dòng)能損失的動(dòng)能E E被基態(tài)被基態(tài) 氫原子吸收氫原子吸收. . 若若E E=10.2 eV=10.2 eV, ,則基態(tài)氫原子可由則基態(tài)氫原子可由n=1n=1躍遷到躍遷到 n n=2.=2. 由動(dòng)量守恒和能量守恒由動(dòng)量守