適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第15章近代物理第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)玻爾理論課件

第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)玻爾理論第十五章強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了

,提出了原子的“棗糕模型”。

電子2.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)英籍物理學(xué)家

進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了核式結(jié)構(gòu)模型。

注意關(guān)鍵詞語(yǔ)“絕大多數(shù)”“少數(shù)”等(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果:絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后,基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了

,極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至

,也就是說(shuō),它們幾乎被“撞了回來(lái)”,如圖所示。

α粒子散射示意圖盧瑟福大角度偏轉(zhuǎn)大于90°(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型:原子中帶正電部分的體積

,但幾乎占有全部

,電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)。

很小質(zhì)量二、氫原子光譜、玻爾理論1.光譜:用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開(kāi),獲得光的

(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜。

2.光譜分類波長(zhǎng)連續(xù)吸收特征電子從量子數(shù)n=3,4,5,…的能級(jí)向量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光譜線3.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律巴耳末線系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線,其波長(zhǎng)公式

=

(n=3,4,5,…),R∞是里德伯常量,R∞=1.10×107m-1,n為量子數(shù)。

某種原子線狀光譜中的亮線與其吸收光譜中的暗線是一一對(duì)應(yīng)的4.光譜分析:利用每種原子都有自己的特征譜線,可以用來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,且靈敏度很高,在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。三、氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式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(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量。

2.躍遷:原子從一個(gè)能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量態(tài)時(shí),它

或

一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)能級(jí)的能量差決定,即hν=

。(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·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(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是

的。

不連續(xù)穩(wěn)定輻射吸收En-Em不連續(xù)4.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)圖(如圖所示)(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑①氫原子的能級(jí)公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV。②氫原子的軌道半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為r1=0.53×10-10m。易錯(cuò)辨析

(1)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)是盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。(

)(2)在玻爾模型中,原子的狀態(tài)是不連續(xù)的。(

)√√應(yīng)用提升1.(2023遼寧大連模擬)根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。右圖是α粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意圖。圖中實(shí)線表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近。下列說(shuō)法不正確的是(

)A.絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡類似軌跡1,說(shuō)明原子中絕大部分是空的B.發(fā)生超過(guò)90°大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是極少數(shù)的C.沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的加速度先增大后減小D.沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的電勢(shì)能先減小后增大答案

D解析

在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn),運(yùn)動(dòng)軌跡如軌跡1,說(shuō)明原子中絕大部分是空的,A項(xiàng)正確;極少數(shù)α粒子發(fā)生超過(guò)90°大角度偏轉(zhuǎn),B項(xiàng)正確;根據(jù)點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)可知,距離原子核近的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大,故越靠近原子核加速度越大,因此α粒子加速度先增大后減小,C項(xiàng)正確;α粒子受到斥力作用,根據(jù)靜電力做功特點(diǎn)可知,從a運(yùn)動(dòng)到b過(guò)程中靜電力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,從b運(yùn)動(dòng)到c過(guò)程中,靜電力做正功,電勢(shì)能減小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(多選)一群處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),向外輻射出不同頻率的光子,則(

)A.需要從外界吸收能量B.共能放出6種不同頻率的光子C.n=4向n=3躍遷發(fā)出的光子頻率最大D.n=4向n=1躍遷發(fā)出的光子頻率最大BD解析

氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí),向外界輻射能量,A錯(cuò)誤。共能放出

=6種不同頻率的光子,B正確。n=4向n=3躍遷發(fā)出的光子能量最小,頻率最小,n=4向n=1躍遷發(fā)出的光子能量最大,頻率最大,C錯(cuò)誤,D正確。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)氫原子光譜[自主探究]1.原子的核式結(jié)構(gòu)模型:原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部質(zhì)量,電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)。2.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:巴耳末系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線,其波3.光譜分析:利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,且靈敏度很高?！緦?duì)點(diǎn)演練】1.(2023山東模擬)1909年,物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊金箔,研究α粒子被散射的情況,實(shí)驗(yàn)用高速的α射線轟擊厚度為微米的金箔,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子都直穿過(guò)薄金箔,偏轉(zhuǎn)很小,但有少數(shù)α粒子發(fā)生角度較大的偏轉(zhuǎn),大約有

的α粒子偏轉(zhuǎn)角大于90°,甚至觀察到偏轉(zhuǎn)角接近180°,其散射情境如圖所示。關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是(

)A.實(shí)驗(yàn)的目的是想證明原子具有核式結(jié)構(gòu)模型B.實(shí)驗(yàn)中α粒子穿過(guò)金原子核發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是受到電子對(duì)它的庫(kù)侖力作用C.極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),是原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)的正電荷對(duì)α粒子的斥力不相等造成的D.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以估算出金原子核的直徑數(shù)量級(jí)

D解析

實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫的“西瓜”模型,但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象否定了這種模型,并提出原子核式結(jié)構(gòu)模型,故A錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)中α粒子穿過(guò)金原子核發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是受到原子核(帶正電)庫(kù)侖力的作用,由庫(kù)侖力的定義式可知,離原子核越近,受到的庫(kù)侖斥力越大,故B錯(cuò)誤。極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,主要是由于α粒子和原子核發(fā)生碰撞的結(jié)果,是因?yàn)榻鹪雍梭w積很小但質(zhì)量和電荷量遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量和電荷量,α粒子接近原子核的機(jī)會(huì)很小,故C錯(cuò)誤。根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算金原子核的直徑數(shù)量級(jí),故D正確。2.(2023云南西雙版納期末)下圖為盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖,圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個(gè)角度的散射情況。下列說(shuō)法正確的是(

)A.盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B.在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察,相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多C.在圖中的B位置進(jìn)行觀察,屏上觀察不到任何閃光D.α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金原子后產(chǎn)生的反彈A解析

盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,選項(xiàng)A正確;因大多數(shù)粒子不改變運(yùn)動(dòng)方向,則在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察,相同時(shí)間內(nèi)在A位置觀察到屏上的閃光次數(shù)多,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;因只有少數(shù)的粒子產(chǎn)生大角反射,則在圖中的B位置進(jìn)行觀察,屏上同樣可觀察到閃光,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用從而改變運(yùn)動(dòng)方向,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;故選A。3.(2023湖南調(diào)研)氫原子光譜除了巴耳末系外,還有賴曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式為

R∞=1.10×107m-1。電磁波譜如圖所示,其中可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是400~760nm,帕邢系中,氫原子可以發(fā)出(

)A.可見(jiàn)光 B.紅外線C.紫外線 D.X射線B解析

由公式

可知,n=4時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最長(zhǎng),解得最長(zhǎng)的波長(zhǎng)λ1=1.87×10-6

m,當(dāng)n趨近無(wú)窮大時(shí),

解得最短的波長(zhǎng)λ2=8.18×10-7

m,故帕邢系譜線在紅外線區(qū)域,選項(xiàng)B正確。考點(diǎn)二玻爾理論和能級(jí)躍遷[師生共研]1.定態(tài)間的躍遷——滿足能級(jí)差(1)從低能級(jí)(m)高能級(jí)(n)→吸收能量。hν=En-Em(2)從高能級(jí)(n)低能級(jí)(m)→放出能量。hν=En-Em2.電離電離態(tài)與電離能電離態(tài):n=∞,E=0?；鶓B(tài)→電離態(tài):E吸>0-(-13.6eV)=13.6eV。激發(fā)態(tài)→電離態(tài):E吸>0-En=En。如吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能。3.氫原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化規(guī)律(3)原子的電勢(shì)能的變化規(guī)律①通過(guò)庫(kù)侖力做功判斷。當(dāng)軌道半徑增大時(shí),庫(kù)侖引力做負(fù)功,原子的電勢(shì)能增大;反之,當(dāng)軌道半徑減小時(shí),庫(kù)侖引力做正功,原子的電勢(shì)能減小。②利用原子能量公式En=Ekn+Epn判斷。當(dāng)軌道半徑增大時(shí),原子能量增大,電子動(dòng)能減小,故原子的電勢(shì)能增大;反之,當(dāng)軌道半徑減小時(shí),原子能量減小,電子動(dòng)能增大,故原子的電勢(shì)能減小?！镜淅黄啤康淅?氫原子能級(jí)示意圖如圖所示?，F(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級(jí)上,下列說(shuō)法正確的是(

)A.這些原子躍遷過(guò)程中最多可輻射出2種頻率的光子B.從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率低C.從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)需吸收0.66eV的能量D.n=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量思維點(diǎn)撥

1.大量氫原子輻射光子頻率的種類為

種。2.氫原子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)吸收光子的能量等于高能級(jí)的能量減去低能級(jí)的能量。在第n能級(jí)上的氫原子電離需要吸收的能量等于所在能級(jí)的能量的絕對(duì)值。答案

C解析

大量氫原子處于n=3能級(jí),躍遷過(guò)程最多可輻射出

=3種不同頻率的光子,故A錯(cuò)誤;根據(jù)能級(jí)圖可知從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)輻射的光子能量為hν1=13.6

eV-1.51

eV,從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子能量為hν2=3.4

eV-1.51

eV,比較可知從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率高,故B錯(cuò)誤;根據(jù)能級(jí)圖可知從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí),需要吸收的能量為E=1.51

eV-0.85

eV=0.66

eV,故C正確;根據(jù)能級(jí)圖可知?dú)湓犹幱趎=3能級(jí)的能量為-1.51

eV,故要使其電離至少需要吸收1.51

eV的能量,故D錯(cuò)誤。素養(yǎng)點(diǎn)撥

確定氫原子輻射光譜線的數(shù)量的方法

①一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1)條。例如一個(gè)氫原子由第4能級(jí)向低能級(jí)躍遷,發(fā)出的光譜線條數(shù)最多的是逐級(jí)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),由數(shù)學(xué)組合知識(shí)得例如一群氫原子由第4能級(jí)向低能級(jí)躍遷,發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為【對(duì)點(diǎn)演練】4.(2023湖北卷)2022年10月,我國(guó)自主研發(fā)的“夸父一號(hào)”太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡可用于探測(cè)波長(zhǎng)為121.6nm的氫原子譜線(對(duì)應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級(jí)圖,可知此譜線來(lái)源于太陽(yáng)中氫原子(

)A.n=2和n=1能級(jí)之間的躍遷B.n=3和n=1能級(jí)之間的躍遷C.n=3和n=2能級(jí)之間的躍遷D.n=4和n=2能級(jí)之間的躍遷A解析

由能級(jí)圖可知n=2和n=1的能級(jí)之間的能量差為ΔE=E2-E1=-3.4

eV-(-13.6

eV)=10.2

eV,與探測(cè)到的譜線對(duì)應(yīng)的光子能量相等,故可知此譜線來(lái)源于太陽(yáng)中氫原子n=2和n=1能級(jí)之間的躍遷。選項(xiàng)A正確。5.(2023廣東汕頭一模)下圖為氦離子(He+)的能級(jí)圖,若根據(jù)玻爾原子理論,關(guān)于氦離子能級(jí)躍遷,