高中物理新高考第一輪復習教案：第2講　原子結構

第2講原子結構必備知識新學法基礎落實一、原子結構1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家__________發(fā)現(xiàn)了電子．2．原子的核式結構(1)α粒子散射實驗：1909－1911年，英國物理學家__________和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿__________方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來．[主干知識·填一填]湯姆孫盧瑟福原來(2)原子的核式結構模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的__________和幾乎全部__________都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉．正電荷質量二、氫原子光譜1．光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜．2．光譜分類連續(xù)吸收特征特征譜線三、氫原子的能級、能級公式1．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列__________的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是__________的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量．(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34

J·s)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應．原子的定態(tài)是__________的，因此電子的可能軌道也是__________的．不連續(xù)穩(wěn)定不連續(xù)不連續(xù)2．氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖所示[規(guī)律結論·記一記]一、易混易錯判斷1．人們認識原子具有復雜結構是從物理學家盧瑟福研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的．()2．原子中絕大部分是空的，原子核很?。?)3．盧瑟福做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)α粒子絕大多數(shù)穿過只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉．()4．氫原子發(fā)射光譜是由一條一條亮線組成的．()5．按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個不連續(xù)的軌道上．()6．氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，氫原子輻射的光子能量為hν＝En.()7．氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷．()[必刷小題·測一測]×√√√×××二、經典小題速練1．(魯科版選擇性必修第三冊P92T1)(多選)關于盧瑟福的原子核式結構，下列敘述正確的是(

)A．原子是一個質量分布均勻的球體B．原子的質量幾乎全部集中在原子核內C．原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內D．原子直徑的數(shù)量級大約是10－10m，原子核直徑的數(shù)量級是10－15m解析：BD原子的正電荷和幾乎全部質量集中在原子核內，電子在核外繞核運轉，原子直徑的數(shù)量級大約是10－10m，原子核直徑的數(shù)量級是10－15m，故選項B、D正確，選項A、C錯誤．BD2．(粵教版選擇性必修第三冊P132T1)(多選)氫原子的能級示意圖如圖所示，氫原子由n＝1的狀態(tài)激發(fā)到n＝4的狀態(tài)，在它回到n＝1的狀態(tài)的過程中，以下說法正確的有(

)A．可能激發(fā)的能量不同的光子只有3種B．可能發(fā)出6種不同頻率的光子C．可能發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD．可能發(fā)出的光子的最小能量為0.85eVBC關鍵能力新探究思維拓展[題組突破]1．(α粒子散射實驗現(xiàn)象)如圖是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產生閃爍的光點．下列說法正確的是(

)A．該實驗是盧瑟福建立原子核式結構模型的重要依據(jù)B．該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性C．α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉D．絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉A解析：A盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子核式結構模型，選項A正確；盧瑟福提出了原子核式結構模型的假設，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，選項B錯誤；電子質量太小，對α粒子的影響不大，選項C錯誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進，選項D錯誤．2．(原子核式結構)(多選)關于原子核式結構理論說法正確的是(

)A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的B．原子的中心有個核，叫作原子核C．原子的正電荷均勻分布在整個原子中D．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外旋轉解析：BD原子的核式結構模型是在α粒子的散射實驗結果的基礎上提出的，A錯誤；原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，帶負電的電子在核外繞核旋轉，故B、D正確，C錯誤．BD3．(α粒子運動軌跡)如圖所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認為重金屬原子核靜止．圖中所標出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是(

)A．M點

B．N點C．P點

D．Q點解析：C

α粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同．帶電粒子加速度方向沿相應點與重金屬原子核連線指向曲線的凹側，故只有選項C正確．C2．電離(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0.(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量．例如，對于氫原子：①基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV，即為基態(tài)的電離能．②n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4eV，即為n＝2激發(fā)態(tài)的電離能．如吸收能量足夠大，克服電離能后，電離出的自由電子還具有動能．氫原子的能級示意圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當原子向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光．關于這些光，下列說法正確的是(

)A．最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級產生的B．頻率最小的光是由n＝2能級躍遷到n＝1能級產生的C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D．用由n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光去照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應例D(1)這群氫原子輻射出的光子的最大能量為多少？(2)若要電離這群氫原子，至少需要吸收多少光子的能量？(3)若一個處于n＝4能級的氫原子發(fā)生躍遷，發(fā)出的光譜線最多可能有幾種？解析：(1)由n＝4能級躍遷到n＝1能級，輻射的光子能量最大，ΔE＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV.(2)若要電離這群氫原子至少需要吸收ΔE＝0.85eV的能量．(3)一個氫原子由第4能級向低能級躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)最多的是逐級躍遷，為3種．答案：(1)12.75eV

(2)0.85eV

(3)3種變式拓展確定氫原子輻射光譜線的數(shù)量的方法(1)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)，如一個氫原子由第4能級向低能級躍遷，發(fā)出的光譜線條數(shù)最多的是逐級躍遷，為3條．(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為N＝C＝，如一群氫原子由第4能級向低能級躍遷，發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為N＝C＝＝6，如圖所示．題后反思

[題組突破]1．(對玻爾理論的理解)(多選)根據(jù)玻爾理論，激光是大量處于同一激發(fā)態(tài)n1的原子同時躍遷到某一能級n2而釋放出的單色光，其能量大、破壞力強，下列針對上述原子躍遷過程的說法正確的是(

)A．原子處于n1能級時的能量大于處于n2能級時的能量B．電子在n1能級時的動能大于在n2能級時的動能C．原子由n2能級躍遷到n1能級吸收的能量等于由n1能級躍遷到n2能級放出的能量D．紅外線、紫外線、γ射線都是處于激發(fā)態(tài)的原子輻射出的AC2．(氫原子能級躍遷)氫原子的能級圖如圖所示，已知氫原子從第4能級躍遷到第2能級時發(fā)出的光波頻率為ν，則氫原子(

)A．從第2能級躍遷到第4能級時需要吸收光波的頻率大于νB．從第2能級躍遷到第4能級時需要吸收光波的頻率小于νC．從第2能級躍遷到第1能級時發(fā)出的光波頻率為2νD．從第2能級躍遷到第1能級時發(fā)出的光波頻率為4νD解析：D氫原子從第2能級躍遷到第4能級時需要吸收光波的頻率與發(fā)出的頻率ν相同，故A、B錯誤；從第2能級躍遷到第1能級時釋放的能量為10.2eV，是從第4能級躍遷到第2能級時釋放能量2.55eV的四倍，由E＝hν可得發(fā)出的光波頻率為4ν，故C錯誤，D正確．ABD限時規(guī)范訓練[基礎鞏固]1．1909年，英國物理學家盧瑟福和他的學生蓋革、馬斯頓一起進行了著名的“α粒子散射實驗”，實驗中大量的粒子穿過金箔前后的運動圖景如圖所示．盧瑟福通過對實驗結果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子結構模型．下列關于“α粒子穿過金箔后”的描述中，正確的是(

)A．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，都發(fā)生了大角度偏轉B．少數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原來方向前進C．通過α粒子散射實驗，確定了原子核半徑的數(shù)量級為10－15mD．通過α粒子散射實驗，確定了原子半徑的數(shù)量級為10－15m1234567891011121314C解析：C絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原來方向前進．少數(shù)α粒子穿過金箔后，發(fā)生大角度偏轉，AB錯誤；通過“α粒子散射實驗”盧瑟福確定了原子核半徑的數(shù)量級為10－15m，原子半徑的數(shù)量級為10－10m，不是通過α粒子散射實驗確定的，D錯誤；C正確．12345678910111213142．2021年開始實行“十四五”規(guī)劃提出，把量子技術與人工智能和半導體一起列為重點研發(fā)對象．技術方面，中國量子通信專利數(shù)超3000項，領先美國．在通往量子論的道路上，一大批物理學家做出了卓越的貢獻，下列有關說法正確的是(

)A．玻爾在1900年把能量子引入物理學，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念B．德布羅意第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念C．弗蘭克和赫茲利用電子轟擊汞原子，獲得了除光譜測量外用其他方法證實原子中分立能級存在的途徑，為能夠證明原子能量的量子化現(xiàn)象提供了實驗基礎D．普朗克大膽地把光的波粒二象性推廣到實物粒子，預言實物粒子也具有波動性1234567891011121314C解析：C普朗克在1900年把能量子引入物理學，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，所以A錯誤；玻爾第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，所以B錯誤；弗蘭克和赫茲利用電子轟擊汞原子，獲得了除光譜測量外用其他方法證實原子中分立能級存在的途徑，為能夠證明原子能量的量子化現(xiàn)象提供了實驗基礎，所以C正確；德布羅意大膽地把光的波粒二象性推廣到實物粒子，預言實物粒子也具有波動性，所以D錯誤．12345678910111213143．“實時熒光定量PCR”是目前檢測新型冠狀病毒的最常見的方法．一般情況下，當特定的熒光染料被一定波長的光照射時，入射光的一部分能量被該物質吸收，剩余的能量將熒光染料中的原子激發(fā)，由低能級躍遷到較高能級，經過較短時間后熒光染料便可發(fā)出熒光．僅考慮以上情況，下列關于熒光染料發(fā)出的熒光的說法中正確的是(

)A．熒光光譜是連續(xù)譜B．熒光光譜是吸收光譜C．熒光波長可能小于入射光的波長D．熒光波長一定等于入射光的波長1234567891011121314C解析：C因為熒光染料吸收的是一定波長的光，由于能級的不連續(xù)性，所以熒光染料被激發(fā)后，發(fā)出的光是不連續(xù)的．A錯誤；吸收光譜是溫度很高的光源發(fā)出來的白光，通過溫度較低的蒸氣或氣體后產生的．B錯誤；由于原子從低能級向高能級躍遷后不穩(wěn)定再次向低能級躍遷，躍遷中釋放的能量可能大于、等于或者小于入射光的能量，所以熒光波長可能小于入射光的波長，故C正確，D錯誤．12345678910111213144．為了做好疫情防控工作，小區(qū)物業(yè)利用紅外測溫儀對出入人員進行體溫檢測．紅外測溫儀的原理是：被測物體輻射的光線只有紅外線可被捕捉，并轉變成電信號．圖為氫原子能級示意圖，已知紅外線單個光子能量的最大值為1.62eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測溫儀捕捉，最少應給處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子提供的能量為(

)A．10.20eV

B．2.89eVC．2.55eV D．1.89eV1234567891011121314C解析：C處于n＝2能級的原子不能吸收10.20eV、2.89eV的能量，則選項AB錯誤；處于n＝2能級的原子能吸收2.55eV的能量而躍遷到n＝4的能級，然后向低能級躍遷時輻射光子，其中從n＝4到n＝3的躍遷輻射出的光子的能量小于1.62eV可被紅外測溫儀捕捉，選項C正確；處于n＝2能級的原子能吸收1.89eV的能量而躍遷到n＝3的能級，從n＝3到低能級躍遷時輻射光子的能量均大于1.62eV，不能被紅外測溫儀捕捉，選項D錯誤．12345678910111213145．(2021·山東日照市模擬)氫原子能級圖如圖，一群氫原子處于n＝4能級上．當氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級時，輻射光的波長為1884nm，下列判斷正確的是(

)A．氫原子向低能級躍遷時，最多產生4種譜線B．從高能級向低能級躍遷時，氫原子核一定向外放出能量C．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，輻射光的波長大于1884nmD．用從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射的光照射W逸＝6.34eV的鉑，能發(fā)生光電效應1234567891011121314D解析：D根據(jù)C＝6知，一群處于n＝4能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生6種譜線，故A錯誤；由高能級向低能級躍遷，氫原子向外輻射能量，不是原子核輻射能量，故B錯誤；n＝3和n＝2的能級差大于n＝4和n＝3的能級差，則從n＝3能級躍遷到n＝2能級比從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射出的電磁波的頻率大，波長短，即輻射光的波長小于1884nm，故C錯誤；從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子的能量為：E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，而使金屬發(fā)生光電效應的條件是光子的能量大于金屬的逸出功，故可以發(fā)生光電效應，故D正確．12345678910111213146．圖甲為氫原子部分能級圖，大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時，會輻射出若干種不同頻率的光．用輻射出的光照射圖乙光電管的陰極K，已知陰極K的逸出功為4.54eV，則(

)A．這些氫原子能輻射4種不同頻率的光子B．某氫原子輻射出一個光子后，核外電子的速率減小C．陰極K逸出光電子的最大初動能為8.21eVD．若滑動變阻器的滑片右移，電路中的光電流一定增大1234567891011121314C解析：C大量氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時，會輻射出N＝C＝6，即6種不同頻率的光子，故A錯誤；某氫原子輻射出一個光子后，能量減小，軌道半徑減小，庫侖力做正功，核外電子的速率增大，故B錯誤；處于n＝4的氫原子向低能級躍遷時放出光子的最大能量為ΔE＝E4－E1＝[－0.85－(－13.6)]eV＝12.75eV，由光電效應方程可知Ekmax＝hν－W0＝(12.75－4.54)eV＝8.21eV，故C正確；若滑動變阻器的滑片右移，正向電壓增大，如果光電流達到飽和光電流時，則電路中的光電流不變，故D錯誤．12345678910111213147．氫原子的部分能級如圖所示，已知可見光的光子能量范圍為1.62eV～3.11eV，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光．關于這些光，下列說法正確的是(

)A．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B．波長最長的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級產生的C．頻率最小的光是由n＝4能級躍遷到n＝3能級產生的D．處于n＝2能級的氫原子可以吸收任意頻率的可見光，并發(fā)生電離1234567891011121314C解析：C大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，可能發(fā)出光子頻率的種數(shù)n＝C＝6，故A錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝3能級產生的光子，能量最小，頻率最小，波長最長．故B錯誤，C正確；處于n＝2能級的氫原子發(fā)生電離，光子最小能量3.4eV，故D錯誤．1234567891011121314[能力提升]8.氦原子被電離一個核外電子，形成類氫結構的氦離子，已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子的能級示意圖如圖所示．在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是(

)A．42.8eV(光子) B．43.2eV(電子)C．41.0eV(電子) D．54.4eV(光子)解析：A入射光子使原子躍遷時，其能量應正好等于原子的兩能級間的能量差，而電子使原子躍遷時，其能量大于等于原子兩能級間的能量差即可，發(fā)生電離而使原子躍遷時入射光子的能量要大于等于54.4eV，故選A.1234567891011121314A9．氫原子能級示意如圖．現(xiàn)有大量氫原子處于n＝3能級上，下列正確的是(

)A．這些原子躍遷過程中最多可輻射出6種頻率的光子B．從n＝3能級躍遷到n＝1能級比躍遷到n＝2能級輻射的光子頻率低C．從n＝3能級躍遷到n＝4能級需吸收0.66eV的能量D．n＝3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量1234567891011121314C解析：C大量氫原子處于n＝3能級躍遷到n＝1多可輻射出C＝3種不同頻率的光子，故A錯誤；根據(jù)能級圖可知從n＝3能級躍遷到n＝1能級輻射的光子能量為hν1＝13.6eV－1.51eV＝12.09eV，從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射的光子能量為hν2＝3.4eV－1.51eV＝1.89eV，比較可知從n＝3能級躍遷到n＝1能級比躍遷到n＝2能級輻射的光子頻率高，故B錯誤；根據(jù)能級圖可知從n＝3能級躍遷到n＝4能級，需要吸收的能量為E＝1.51eV－0.85eV＝0.66eV，故C正確；根據(jù)能級圖可知氫原子處于n＝3能級的能量為－1.51eV，故要使其電離至少需要吸收1.51eV的能量，故D錯誤．12345678910111213141234567891011121314C123456789101112131411．(2021·河南省鄭州市高三下學期二模)由玻爾原子模型求得氫原子能級如圖所示，已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間，則(

)A．處于高能級的氫原子向低能級躍遷時有可能輻射出γ射線B．氫原子從n＝2的能級向n＝1的能級躍遷時會輻射出紅外線C．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D．大量氫原子從n＝4能級向低能級躍遷時可輻射出6種頻率的可見光1234567891011121314C解析：C

γ射線為重核衰變或裂變時才會放出，氫原子躍遷無法輻射γ射線，故A錯誤；氫原子從n＝2的能級向n＝1的能級輻射光子的能為E＝－3.40－(－13.60)eV＝10.20eV，紅外線的能量小于可見光光子的能量，因此不會輻射紅外線，故B錯誤；氫原子在n＝3能級吸收超過1.51eV的光子能量就可以電離，紫外線的最小頻率光子的能量大于1.5eV，可以使處于n＝3能級的氫原子電離，故C正確；計算可知，氫原子從n＝4能級躍遷至n＝2能級時，輻射光子的能量為E＝－0.85－(－3.40)eV＝2.55