新課標(biāo)2012年高考物理新課程15章2節(jié)原子結(jié)構(gòu)能級無憂

第二節(jié)原子結(jié)構(gòu)能級原子光譜基礎(chǔ)知識梳理一、原子結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學(xué)家

發(fā)現(xiàn)了電子，明確電子是原子的組成部分，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕．2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子中心有一個很小的核叫原子核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在

上，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核高速旋轉(zhuǎn)．湯姆生原子核基礎(chǔ)知識梳理二、玻爾理論、能級1．玻爾原子模型(1)軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的軌道是

的．(2)定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是

的．這些不同的狀態(tài)叫定態(tài)．在各個定態(tài)中，原子是

的，不向外輻射能量．量子化量子化穩(wěn)定基礎(chǔ)知識梳理(3)躍遷假設(shè)：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要

或

一定頻率的光子，該光子的能量等于兩個狀態(tài)的

，即hν＝

.2．能級：在玻爾理論中，原子的各個可能狀態(tài)對應(yīng)的

叫能級．吸收放出能量值Em－En能量差基礎(chǔ)知識梳理3．基態(tài)與激發(fā)態(tài)：能量

的狀態(tài)叫基態(tài)；其他能量狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)．4．量子數(shù)：現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，各狀態(tài)的標(biāo)號1,2,3…叫做量子數(shù)，一般用n表示．最低基礎(chǔ)知識梳理三、原子光譜1．定義：稀薄氣體放電所發(fā)出的光譜是

的，它只發(fā)出幾種確定頻率的光，因此光譜線是

的，這種分立的線狀譜叫原子光譜．不連續(xù)分離基礎(chǔ)知識梳理2．形成的原因：不同原子的結(jié)構(gòu)不同，能級不同，因此在輻射光子時，光子的

不同．3.光譜分析：每種元素光譜中的譜線分布都與其他元素不同，因此我們可以通過對光譜的分析知道發(fā)光的是什么元素，利用光譜分析可以確定樣品中的元素組成．頻率基礎(chǔ)知識梳理四、氫原子的電子云1．定義：用疏密不同的點表示電子在各個位置出現(xiàn)的

，畫出圖來，就像云霧一樣．2．應(yīng)用：通過

可以知道電子在原子核附近出現(xiàn)的概率．概率電子云一、對氫原子能級的理解1．氫原子能級對氫原子而言，核外的一個電子繞核運行時，若半徑不同，則對應(yīng)著的原子能量也不同，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0，即選取電子離核無窮遠(yuǎn)處時氫原子的能量為零，則其他狀態(tài)下的能量值就是負(fù)的．課堂互動講練課堂互動講練對于氫原子而言，基態(tài)能量：E1＝－13.6eV.其他各激發(fā)態(tài)的能量為：E2＝－3.4eV，E3＝－1.51eV……課堂互動講練2．能級圖氫原子的能級圖如圖15－2－1所示．圖15－2－11.按照玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是(

)A．第m個定態(tài)和第n個定態(tài)的軌道半徑rm和rn之比為rm∶rn＝m2∶n2B．第m個定態(tài)和第n個定態(tài)的能量Em和En之比為Em∶En＝n2∶m2課堂互動講練即時應(yīng)用課堂互動講練C．電子沿某一軌道繞核運動，若其圓周運動的頻率為ν，則其發(fā)光頻率也是νD．若氫原子處于能量為E的定態(tài)，則其發(fā)光頻率為ν＝E/h課堂互動講練解析：選AB.由氫原子核外電子軌道半徑公式：rn＝n2r1知，rm∶rn＝m2∶n2，A正1,2,3，…)，所以Em∶En＝n2∶m2，B正確．根據(jù)玻爾理論，只有核外電子發(fā)生能級躍遷時，才可能發(fā)射某一頻率的光，所以C、D錯．課堂互動講練二、對氫原子躍遷的理解1．原子從低能級向高能級躍遷：吸收一定能量的光子，當(dāng)一個光子的能量滿足hν＝E末－E初時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當(dāng)光子能量hν大于或小于E末－E初時都不能被原子吸收．課堂互動講練2．原子從高能級向低能級躍遷時，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差．3．當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)氫原子吸收的光子能量大于13.6eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動能．課堂互動講練一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)4．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地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級躍遷．課堂互動講練5．躍遷時電子動能、原子勢能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減小．反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大．課堂互動講練原子在各能級間躍遷時，所吸收的光子的能量只能等于兩能級間的能級差．原子電離時所吸收的光子的能量可以大于或等于某一能級的能量絕對值，即ΔE≥E∞－En.特別提醒氫原子的能級如圖15－2－2所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62eV～3.11eV.下列說法錯誤的是(

)課堂互動講練即時應(yīng)用圖15－2－2課堂互動講練A．處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B．大量氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種不同頻率的光D．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的光課堂互動講練解析：選D.大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，由N＝Cn2可知，共可發(fā)出6種頻率的光，故選D，不選C.n＝3能級的能量為－1.51eV，因紫外線能量大于1.51eV，故紫外線可使處于n＝3能級的氫原子電離，故A項不選．從高能級躍遷到n＝3能級釋放能量最多為1.51eV＜1.62eV，此光為紅外線具有顯著熱效應(yīng)，故B項不選．故選D.課堂互動講練三、與玻爾理論有關(guān)的分析與計算在氫原子中，電子繞核運動，可將電子運動的軌道看做半徑為r的圓周，則原子核與電子之間的庫侖力為電子做勻速圓周運動所需的向心力．有：課堂互動講練課堂互動講練5．氫原子在各個不同的能量狀態(tài)對應(yīng)不同的電子軌道，電子繞核做圓周運動的動能和系統(tǒng)的電勢能之和即為原子的能量，即課堂互動講練6．系統(tǒng)的電勢能變化根據(jù)庫侖力做功來判斷：靠近核，庫侖力對電子做正功，系統(tǒng)電勢能減??；遠(yuǎn)離核，庫侖力對電子做負(fù)功，系統(tǒng)電勢能增加．3.氫原子輻射出一個光子后(

)A．電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大B．電子的動能增大C．氫原子的電勢能增大D．原子的能級值增大課堂互動講練即時應(yīng)用課堂互動講練解析：選B.放出光子后，原子能量減小，電子軌道半徑減小，速度增大，動能增大，而電勢能減小，故只有B正確．高頻考點例析題型一原子結(jié)構(gòu)與α粒子散射實驗例1(1)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論與α粒子散射實驗的關(guān)系，下列說法正確的是(

)A．盧瑟福做α粒子散射實驗是為了驗證湯姆生的棗糕模型是錯誤的B．盧瑟福認(rèn)識到湯姆生“棗糕模型”的錯誤后提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論高頻考點例析C．盧瑟福的α粒子散射實驗是為了驗證核式結(jié)構(gòu)理論的正確性D．盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)”理論高頻考點例析(2)在α粒子散射實驗中，α粒子的偏轉(zhuǎn)是由于受到原子內(nèi)正電荷的庫侖力而發(fā)生的．實驗中即使1mm厚的金箔也大約有3300層原子，但絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，只有少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，這說明了什么？高頻考點例析【解析】

(1)由于盧瑟福設(shè)計的α粒子散射實驗是為了探究原子內(nèi)電荷的分布，并非為了驗證湯姆生模型是錯誤的，A錯誤；盧瑟福并不是認(rèn)識到“棗糕模型”的錯誤而提出“核式結(jié)構(gòu)”理論的，B錯誤；盧瑟福做了α粒子散射實驗后，由實驗現(xiàn)象提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論，C錯誤，D正確．高頻考點例析(2)α粒子穿過金箔后絕大多數(shù)仍沿原來的方向前進(jìn)，說明它們距正電荷部分較遠(yuǎn)，庫侖力很小；盡管經(jīng)過若干層原子，但靠近正電荷部分的機會很小，這說明原子內(nèi)帶正電荷部分在整個原子中占的空間非常小．【答案】

(1)D

(2)見解析(2009年高考全國卷Ⅱ)氫原子的部分能級如圖15－2－3所示，已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間．由此可推知，氫原子(

)高頻考點例析題型二氫原子能級躍遷例2圖15－2－3高頻考點例析A．從高能級向n＝1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短B．從高能級向n＝2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光C．從高能級向n＝3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高D．從n＝3能級向n＝2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光高頻考點例析能量越大時光的頻率越高、波長越短．從高能級向n＝1能級躍遷時光子能量為E≥E2－E1＝10.2eV，A正確．從高能級向n＝2的能級躍遷時發(fā)出的光子能量為E3－E2≤E≤－高頻考點例析E2，即1.89eV≤E≤3.40eV，可見有一部分光處于紫外線區(qū)域，B錯誤．從高能級向n＝3的能級躍遷時，光子能量最高E＝－E3＝1.51eV，比可見光光子能量小，C錯誤．從n＝3能級向n＝2能級躍遷時光子能量E＝E3－E2＝1.89eV，D正確．【答案】

AD高頻考點例析題型三電子運動與電離例1氫原子基態(tài)能量E1＝－13.6eV，電子繞核做圓周運動的半徑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；高頻考點例析(2)電子在n＝4軌道上運動的動能；(已＝9.0×109N·m2/C2，e＝1.6×10－19C)(3)若要使處于n＝2的氫原子電離，至少要用頻率多大的電磁波照射氫原子？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)高頻考點例析【思路點撥】由玻爾的能級理論可求得(1)，玻爾的原子模型(軌道理論)和圓周運動相結(jié)合可求得(2)，使原子電離與兩能級間的躍遷有所區(qū)別，不要將二者混淆，理解電離的實質(zhì)：電子獲得足夠能量從而脫離原子束縛．高頻考點例析(