人教版高中物理講義209高考復(fù)習(xí)知識講解 原子的核式結(jié)構(gòu)模型、玻爾的氫原子理論(基礎(chǔ))

物總習(xí)原的式構(gòu)型玻的原理編稿：審稿：【綱求、知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說及

粒子散射實驗現(xiàn)象、知道玻爾理論的要點及氫原子光譜、氫原子能級結(jié)構(gòu)、能級公式、會進行簡單的原子躍遷方面的計算【識絡(luò)【點理考一原的式構(gòu)要詮：、

粒散實（1為么用粒的散射現(xiàn)象以研究原子的結(jié)構(gòu)子的結(jié)構(gòu)非常緊密一般的方法無法探測它。粒子是從放射物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來的高速運動的粒子，帶有兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4、電子質(zhì)量的倍（2實驗裝置：放射源、金箔、熒光屏、放大鏡和轉(zhuǎn)動圓盤組成。熒光屏、放大鏡能圍繞金箔在圓周上轉(zhuǎn)動，從而觀察到穿過金箔偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子。（3實驗現(xiàn)象：大部分粒穿過金屬箔沿直線運動；只有極少數(shù)粒明顯地受到排斥力作用而發(fā)生大角度散射大多數(shù)α粒穿過金箔后仍能沿原來方向前進數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)并有少數(shù)α粒偏轉(zhuǎn)角超過了90°有的甚至被彈回偏轉(zhuǎn)角幾乎達到。（4驗分析電不可能使粒大角度散射湯孫原子結(jié)構(gòu)與實驗現(xiàn)象不符；③少數(shù)粒大角度轉(zhuǎn)，甚至反彈，說明受到大質(zhì)量大電量物質(zhì)的作用。④絕大多數(shù)粒子基本沒有受到力的作，說明原子中絕大部分是空的。記住原子和原子核尺度：原子，原子核1

nn2n2原的式結(jié)盧福α粒散射實驗結(jié)果進行了分析于年出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個很小的核做原子核子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核里負的電子在核外空里繞著核旋轉(zhuǎn)子核所帶的單位正電荷數(shù)等于核外的電子數(shù)。原子的半徑大約是0m原子核的大小約為10m?！纠}】盧瑟福通過對

粒子散射實驗結(jié)果的分析，提出（）原的核式結(jié)構(gòu)模型．B.原子核內(nèi)有中子存在．C.電子是原子的組成部分．原核是由質(zhì)子和中子組成的．【解析物學(xué)家盧瑟福的α粒子散射實驗的結(jié)果是大多數(shù)α粒穿過金箔后本上仍沿原方向前進有少數(shù)子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)粒散射實驗只發(fā)現(xiàn)原子核可再分，但并不涉及原子核內(nèi)的結(jié)構(gòu)德克在用α粒轟擊鈹核的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子瑟福用α粒轟擊氮核時發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子?！敬鸢窤C考二玻的原模要詮：、玻的條說（1軌道量子化：原子核外電子的可能軌道是某些分立的數(shù)值；（2能量狀態(tài)量子化：原子只能處于與軌道量子化對應(yīng)的不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，不輻射能量；（3躍遷假說：原子從一種定態(tài)向另一種定態(tài)躍遷時，吸收（或輻射）一定頻率的光子，光子能量

E

。、原能（1氫原子在各個能量狀態(tài)下的能量值，叫做它的能級。最低的能級狀態(tài)，即電子在離原子核最近的軌道上運動的狀態(tài)叫做基態(tài)，處于基態(tài)的原子最穩(wěn)定，其他能級叫激發(fā)態(tài)。（2原子各定態(tài)的能量值電繞核運的動能和勢E的數(shù)和k

1n2和E＝eV可，氫原各定態(tài)的能量值均為負值。因此，不能根據(jù)氫原子的能級公1式1得氫原子各定態(tài)能量與成反比的錯誤結(jié)論。n（3氫原子的能級圖：2

kk（4氫原子核外電子繞核運動的向心力即為原子核所帶正電荷對電子的庫侖引力。設(shè)氫原子基態(tài)軌道半徑為r，由庫侖定律和向心力公式得

ekmr1

vr1所以

2Emv23.2r1

EEeEpk1可見氫原子基態(tài)中電子繞核運的動能值恰等于基態(tài)能級的絕對值電勢能的絕對值恰等于電子動能值的2倍該結(jié)論對氫原子的任何能級都成立。、子譜應(yīng)（1原光譜元素在稀薄氣體狀態(tài)下的光是分立的線狀譜一些特定頻率的光組成，又叫原子光譜；（2原子光譜的應(yīng)用：每種元素的原子光譜都有自己的一組特定譜線，應(yīng)用光譜分析可以確定物質(zhì)成分。（3原子的躍遷條件：

E

E

只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況對于光子和原子作而使原子電離不受此條件的限制如基態(tài)氫原子的電離能為eV只要大于或等于13.6eV光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大子離后產(chǎn)生的自由電子的動能越至實物粒子和原子碰撞的情況由于實物粒子的動能全部或部分地為原子吸收以要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷（4原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向基態(tài)或其他較低能級躍遷。由于這種自發(fā)躍遷的隨機性一個原子會有多種能的躍遷是一群原子處于激發(fā)態(tài)則各種可能躍遷都會發(fā)生以們會同時得到該原子的全部光譜線以證明第n能的氫原子自發(fā)躍輻射時能發(fā)出的光譜線條數(shù)

2n

n(2

。、子玻爾模型引入了量子化觀點，但不完善。在量子力學(xué)中，核外電子并沒有確定的軌道，玻爾的電子軌道只不過是電子現(xiàn)概率最大的地方電子的概率分布用圖象表示時用小黑點的稠密程度代表概率的大小果同電子在原子核周圍形成云霧“電子云。、氫子級還理以幾點（11，，3…叫量子數(shù)，所標數(shù)值為該能級的能量值。越往上能級差越?。ㄔ矫苣芰恐翟酱?；越往下能級差越大（越稀值越小。（2從低能級向高能級躍遷時要吸收能（上由下向上吸收能量能向低能級躍遷時要放出能量（圖上：由上向下放出能量輻射能量。（3光譜線條數(shù)：第n能的氫原子自發(fā)躍遷輻射時能發(fā)出的光譜線條數(shù)N如：處于激發(fā)態(tài)的一群氫原子自發(fā)躍遷時，產(chǎn)生三條光譜線，如圖。

n(2

。3

處于n=4的發(fā)態(tài)的一群氫原子自發(fā)躍遷時，產(chǎn)生六條光譜線。（4原的躍遷條件：

E

1

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。如：處于n=1即態(tài)的氫原子當吸收的能正等13.63.4=10.2時躍遷到n=2的發(fā)態(tài)。如果用eV的子照射10.6eV大10.2eV則不能躍遷。如果用eV的子照射于10.2也能躍遷。即吸收的能量正好等于兩個能級差是，才能發(fā)生躍遷。（5各能級的能量值也是氫原子在該能級的電離能。若能量大于氫原子的電離能（13.6eV足使氫原子電離（使電脫離核的束縛而成為自由電子而受氫原能級間躍遷條件的限制。如果用14eV的子照射處于基態(tài)的氫原子時使氫原子電離而生躍遷果用3.5eV的光子照射處于能的氫原子時，也能使氫原子電離而發(fā)生躍遷。（6用電子去碰撞氫原子：電子是實物粒子，若用電子去碰撞氫原子時，入射電子的動能可全部或部分地被氫原子吸收只要入射電子的動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)的能量之差可使氫原子激發(fā)的子碰撞處于基態(tài)的氫原子大10.2eV也可使氫原子激發(fā)。（7由E

c

EE2

可知，能級差越大，光譜線的頻率越高，波長越短。如圖中

光譜線能級差最小，頻率最低，波長最長3

光譜線能級差最大，頻率最高，波長最短。（8紫外線、可見光、紅外線的范圍如圖。由圖可知：可見光的范圍是從高能級到第個能級之間的光線，但并不是所有的光線，可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV間。4

光譜線能級差為

eVeV

為可見光。3

光譜線能級差為

eV

為紅外線n（

為紅外線。2（6

62

eV

光譜線能級差為

3.4)eV

為可見光。（EeV

光譜線能級差為

3.4)eV

為紅外線。由此可見：可見光為32、2、5、6的線。

為紫外線，

（

）都為紫外線?！拘皖}類一對瑟核結(jié)的解應(yīng)例、年盧瑟福為探索子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行α粒散射實用一束帶正電的、質(zhì)量比電子大得多的高速運動的α粒轟擊金箔．實驗時發(fā)現(xiàn)（示意圖如圖）（1大多數(shù)α粒能穿透金箔而不改變原來運動方向；（2一小部分粒改變了原來的運動方向；（3有極少部分粒被彈了回來．下列由該實驗分析得出的認識中，正確的是（）A原子核不帶電B原子是實心的球體C．子質(zhì)量主要集中在原子核D．子由質(zhì)子和中子構(gòu)成【思路點撥據(jù)大多數(shù)粒能穿透金箔而不改變原來的運動方向明子中有一個很大的空間原子不是一個實心體一小部分α粒子改變了原來的運動方向說明原子內(nèi)有含有帶正電荷的微粒種荷相互排斥使粒子變了原來的運動方向有極少數(shù)粒被彈了回來說明金原子中有體積很小量大的原子核結(jié)合所學(xué)原子的構(gòu)成知識進行分析解答?！敬鸢窩【解析A根據(jù)題意α粒帶正電荷，一小部分α粒改變了原來的運動方向，于同種電荷相互排斥，說明原子核帶正電荷A錯B大多數(shù)α粒能穿透金箔而不改變原來的運動方向，說明金原子中有一個很大的空間，原子不是一個實心球體B錯；C有極少數(shù)粒被彈了回來，說明金子中有體積很小、質(zhì)量大的原子核C對、根據(jù)盧瑟福為探索原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行“子散射實”無得出原子核的構(gòu)成錯故選C【總結(jié)升華本題有一定難度主考查對原子的構(gòu)成對信息獲取及靈活運用所學(xué)原子構(gòu)成的知識解決問題的能力。舉反【變式1】盧瑟福通過α粒散射實驗，判斷出原子的中心一個很小的核，并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)如所示的平面示意圖中，①兩條實線表示α粒運動的軌跡，則沿③所示方向射向原子核的α粒可能的運動軌跡為虛線中（）A軌跡aB軌跡bC．跡D．軌跡5

【答案A【解析瑟通過α粒子散射并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型電全部集中在原子核內(nèi)α粒帶正電，同種電荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核α粒子可能的運動軌跡分析：射入方向離原子核較近，應(yīng)該在快接近原子核時就發(fā)生偏轉(zhuǎn)，離原子核越近，偏轉(zhuǎn)越大，顯然a可，b是可能的沿線運動更不可能d過原子核才偏轉(zhuǎn)，并且偏轉(zhuǎn)方向不對，應(yīng)為排斥力，故選A?！咀兪?015天津卷）下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實驗是A光電效應(yīng)實驗C．子散射實驗【答案

B倫琴射線的發(fā)現(xiàn)．氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)【解析】光電效應(yīng)實驗說明光具有粒子性；倫琴射線的發(fā)現(xiàn)說明原子核內(nèi)也有結(jié)構(gòu)；氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)說明原子中的電子軌道量子化和定態(tài)，不同元素的原子具有不同的特征譜線。子射實驗揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)。選項正。【考點】氫原子光譜；光電效應(yīng)；原子的核式結(jié)構(gòu)類二氫子能躍【清堂原物】例、原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動的動能，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時）A氫原子的能量減小，電子的動能增加B氫原子的能量增加，電子的動能增加．氫原子的能量減小，電子的能減小D．原的能量增加，電子的動能減小【思路點撥】電子繞核運動時，半徑減小，電場力做正功，勢能減小，總能量減??；根據(jù)庫侖力提供向心力可分析動能變化；和人造衛(wèi)星繞地球運動類似?！敬鸢窤【解析】電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時，放出光子，總能量減小；根據(jù)

k

qqv21mrr

，可知半徑越小，動能越大BCD錯，A正，故選A?！究偨Y(jié)升華子核運動的規(guī)和人造衛(wèi)星繞地球運動規(guī)律類似學(xué)時可以類比進行學(xué)習(xí)，加強理解。舉反【變式】氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道的過程中（）A電子的動能增大，原子的電勢能增大，原子的能量增大6

11B電子的動能增大，原子的電勢能減小，原子的能量增大C．子的動能減小，原子的電勢能減小，原子的能量減小D．子動能減小，原子的電勢能增大，原子的能量增大【答案D【解析題從庫侖定律和牛頓二定律周動的規(guī)律及電場力做功與電勢能變化的關(guān)系進行分析功能關(guān)系可知這一過程中場做負功而原子的電勢能將增大，而電子的動能將減小，但原子的總能量增大了。在解題中值得注意的是的量是原子的電勢能與電子動能的總和一個負值，其原因是假設(shè)電子離原子核無窮遠處時的電勢能為零電子在正點電荷的電場中具有的電勢能為負值。例32015海卷）氫原子基態(tài)的能量為E=13.6eV。大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)。由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量

，頻率最小的1光子的能量為

（留位效數(shù)字些子具有

種不同的頻率?！敬鸢浮?0，【解析】頻率最小的光子是從n=2躍遷，即頻率最小的光子的能量為E-3.4eV-)≈10eVmin頻率最大的光子能量為

E，1E-(-×(-13.6n解得-0.54n即n=5從n=5能開始，共有→，5→，→，5，41，4→2，4→，→1，→，2→1，種不同頻率的光子。舉反【清堂原物】【變式】如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處n=3的發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子用些光照射逸出功為49eV的屬鈉下列說法確的是（）A這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光其中從=3躍遷到=2所出的光波長最短B這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光，其中從n=3躍到n=1所出光頻率最高C．屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動能最大值為eVD．屬表面所發(fā)出的光電子的初動能最大值為9.607

【答案D【解析】一群氫原子處于n=3的發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中能發(fā)出三種頻率不同的光，其中從遷到所出的光波長最短，頻率最大AB錯；輻射出光子最大能量為－eV―13.60=12.09eV，出功為2.49eV，屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動能最大值為12.09eV－，錯，正，故選?！咀兪健恳粋€氫旅子從能級躍遷到n=2能，該氫原子）A放出光子，能量增加B放光子，能量減少C吸光子，能量增加D吸光子，能量減少【答案B【解析題于原子躍遷知識綜合子由高能級躍到低能級過程中原子能量減少必然放出光子，答案B。【變式】氫原子部分能級的示意圖如圖所示，不同色光的光子能量如下所示：色光光子紅能量范圍1.61—（）2.00

橙2.00—2.07

黃2.07—2.14

綠

2.14—2.53

藍—靛2.53—2.76

紫2.76—3.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為紅藍、靛

B.、綠

紅紫

D.藍靛紫【答案A【解析】如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級，能夠發(fā)出0.2的光子，不屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級，能夠發(fā)出eV、1.89的種光子，只有eV屬可見光果發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級夠出12.09eV、eV、eV、0.66eV的種光子eV和eV屬可見光eV的光子為紅光，2.55的子為藍靛，A正確【變式】氫原子的能級如圖所示，已知可見的光的光子能量范圍約為1.62eV，下列說法錯誤的是（）A處于n=3能的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，8

()()并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級向n=能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C．量處于n=4能的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出種不同頻率的光D．量于級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出種同頻率的可見光【答案D【解析A紫外線的頻率大于n=3級的氫原子可以吸收紫外線后，能量大于，所以氫原子發(fā)生電離A確B氫原子從高能級向n=3能躍遷時發(fā)出光子能量小于，小于可見光的率，有可能是紅外線，紅外線有顯著的熱效應(yīng)B正；C、根據(jù)N

n(2

或

C

知，可能放出6種同頻率的光C正，錯，故選。例、群氫原子處在＝3的發(fā)態(tài)，這些氫原子能發(fā)出幾條譜線計算這幾條譜線中波長最長的一條譜線的波長?！舅悸伏c撥】相鄰的兩個能級距離越小即能級差越小，光子的能量越小，波長越長?！敬鸢浮?/p>

【解析】由于氫原子是自發(fā)躍遷輻射的，所以會得到3條線，如圖所示。三條光譜線中波長最長的光子的能量最小生躍遷的兩