2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章原子結(jié)構(gòu)原子核課時(shí)1原子結(jié)構(gòu)學(xué)案新人教版

PAGE8-課時(shí)1原子結(jié)構(gòu)一、原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)覺(jué):1897年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺(jué)了電子。2.α粒子散射試驗(yàn)1909～1911年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的試驗(yàn),試驗(yàn)發(fā)覺(jué)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿直線方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,也就是說(shuō)它們幾乎被“撞”了回來(lái)。3.原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子中心有一個(gè)很小的核,原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。二、氫原子光譜與玻爾理論1.光譜(1)光譜用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)綻開(kāi),獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線,這樣的光譜叫做線狀譜。有的光譜是連在一起的光帶,這樣的光譜叫做連續(xù)譜。2.氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律巴耳末系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線,其波長(zhǎng)公式=R(-)(n=3,4,5,…),R是里德伯常量,R=1.10×107m-1,n為量子數(shù)。3.玻爾理論(1)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不連續(xù)的。(2)定態(tài):原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量。(3)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或汲取肯定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差確定。即hν=Em-En。(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)三、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式1.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,…),其中基態(tài)能量E1=-13.6eV。(2)氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,r1=0.53×10-10m2.氫原子的能級(jí)圖考點(diǎn)一原子的結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)覺(jué)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過(guò)探討陰極射線發(fā)覺(jué)了電子。美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)聞名的“油滴試驗(yàn)”對(duì)電子的電荷進(jìn)行了精確的測(cè)定。2.α粒子散射試驗(yàn)1909～1911年,英籍物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的試驗(yàn),試驗(yàn)發(fā)覺(jué)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,也就是說(shuō)它們幾乎被“撞”了回來(lái)。這一事實(shí)說(shuō)明湯姆孫模型是錯(cuò)誤的。3.原子的核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn),提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型:在原子中心有一個(gè)很小的核,原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。4.原子核的尺度對(duì)于一般的原子,整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)為10-10m,原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15[典例1](多選)如圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(yàn)的裝置示意圖,熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A,B,C,D四個(gè)位置時(shí),關(guān)于視察到的現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是()A.相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)視察到屏上的閃光次數(shù)最多B.相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)視察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)略微少些C.放在C,D位置時(shí)屏上視察不到閃光D.放在D位置時(shí)屏上仍能視察到一些閃光,但次數(shù)極少解析:盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(yàn)時(shí),得到以下結(jié)論:大部分α粒子都能干脆穿過(guò)金箔,個(gè)別的發(fā)生偏轉(zhuǎn),極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),故A,D正確,B,C錯(cuò)誤。答案:AD變式1:(多選)關(guān)于盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn),以下推斷中正確的是(BD)A.假如用鋁箔代替原試驗(yàn)中的金箔,則α粒子不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象B.假如用鋁箔代替原試驗(yàn)中的金箔,則α粒子仍會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象,但現(xiàn)象不顯著C.假如用質(zhì)子代替原試驗(yàn)中的α粒子,則不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象D.假如用陰極射線代替原試驗(yàn)中的α粒子,則不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象解析:用鋁箔代替原試驗(yàn)中的金箔,或用質(zhì)子代替原試驗(yàn)中的α粒子,粒子仍受斥力作用,仍會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象;只是鋁核的核電荷數(shù)較金核小,質(zhì)子的帶電荷量較α粒子小,依據(jù)庫(kù)侖定律,斥力相對(duì)減小,故散射現(xiàn)象相對(duì)不明顯。而用陰極射線(電子)代替原試驗(yàn)中的α粒子,電子將受引力作用而不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象?？键c(diǎn)二氫原子光譜1.各種原子的放射光譜都是線狀譜,說(shuō)明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光。2.盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型很好地說(shuō)明了α粒子散射試驗(yàn),但無(wú)法說(shuō)明原子光譜的分立特征。[典例2]氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)有四條譜線Hα,Hβ,Hγ和Hδ,都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光,它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)到短,可以判定()A.Hα對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小B.同一介質(zhì)對(duì)Hα的折射率最大C.同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最大D.用Hγ照耀某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng),則Hβ也肯定能解析:依據(jù)E=hν=h,波長(zhǎng)越長(zhǎng),光子的頻率越低,由Em-En=hν,知Hα對(duì)應(yīng)的兩能級(jí)之差最小,A正確;光在同一介質(zhì)中傳播,頻率越高,折射率越大,故Hδ的折射率最大,Hα的折射率最小,B錯(cuò)誤;依據(jù)n=得v=,則折射率越大,傳播速度越小,故在同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最小,C錯(cuò)誤;光的頻率越高,越簡(jiǎn)單發(fā)生光電效應(yīng),由于Hβ的頻率小于Hγ的頻率,Hγ能使某一金屬發(fā)生光電效應(yīng),而Hβ則不肯定能,D錯(cuò)誤。答案:A變式2:原子處于基態(tài)時(shí)最穩(wěn)定,處于較高能級(jí)時(shí)會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷,用n表示氫原子所處能級(jí)狀態(tài)的量子數(shù),N表示由該能級(jí)狀態(tài)發(fā)生躍遷時(shí)可能發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光譜線的數(shù)目,則(C)A.當(dāng)n=1時(shí),N=1 B.當(dāng)n=2時(shí),N=2C.當(dāng)n=3時(shí),N=3 D.當(dāng)n=4時(shí),N=4解析:依據(jù)玻爾理論,處在n能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子的頻率種類N=?？键c(diǎn)三玻爾理論、氫原子能級(jí)1.氫原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí),必需汲取確定能量的光子,該光子能量必需滿意hν=Em-En,大于或小于Em-En都不能被汲取。2.氫原子可以汲取大于或等于其電離能量的光子,使其成為氫離子。3.氫原子汲取實(shí)物粒子(如電子)的能量時(shí),可以依據(jù)須要汲取其中的一部分能量,也即對(duì)電子等實(shí)物粒子的能量沒(méi)有限制條件,只要實(shí)物粒子的能量足夠就可以。4.氫原子的電子的動(dòng)能Ekn隨r的增大而減小,而總能量En隨n的增大而增大,故電勢(shì)能Epn隨n的增大而增大,當(dāng)r減小時(shí),電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,電子的動(dòng)能增加。[典例3]如圖是氫原子的能級(jí)圖。一個(gè)氫原子從n=4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷,則以下推斷正確的是()A.該氫原子最多可輻射出6種不同頻率的光子B.該氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)須要汲取12.75eV的能量C.該氫原子只有汲取0.85eV的光子時(shí)才能電離D.該氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),向外輻射的光子的能量是特定值解析:本題探討的是單個(gè)氫原子,單個(gè)處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射出n-1種不同頻率的光子,故該氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射出3種不同頻率的光子,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;該氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)須要釋放-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV的能量,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;只要汲取的光子的能量大于0.85eV,該氫原子就能電離,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),向外輻射的光子的能量等于兩能級(jí)的能量差,此能量差為特定值,選項(xiàng)D正確。答案:D(1)一個(gè)原子和一群原子的區(qū)分:一個(gè)氫原子只有一個(gè)電子,在某個(gè)時(shí)刻電子只能在某一個(gè)可能的軌道上,當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道上時(shí),可能狀況有多種=,但產(chǎn)生的躍遷只有一種。而假如是大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)出現(xiàn)全部的可能狀況。(2)入射光子和入射電子的區(qū)分:若是在光子的激發(fā)下引起原子躍遷,則要求光子的能量必需等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差;若是在電子的碰撞下引起的躍遷,則要求電子的能量必需大于或等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差。兩種狀況有所區(qū)分。變式3:(多選)氫原子能級(jí)如圖,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656nm。以下推斷正確的是(CD)A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB.用波長(zhǎng)為325nm的光照耀,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí)C.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633nm的光照耀,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)解析:依據(jù)氫原子的能級(jí)圖和能級(jí)躍遷規(guī)律,當(dāng)氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)肯定小于656nm,反之,使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí),只能汲取波長(zhǎng)為656nm的光子,因此A選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確;氫原子從n=1躍遷到n=2,須要汲取的光子能量為10.2eV,依據(jù)ε=hν=,入射光波長(zhǎng)λ==m=1.22×10-7m,可知B選項(xiàng)錯(cuò)誤;一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以產(chǎn)生3種頻率的光子,所以C選項(xiàng)正確。1.(原子結(jié)構(gòu))在盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)中,金箔中的原子核可以看做靜止不動(dòng),下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)驗(yàn)金箔散射過(guò)程的徑跡,其中正確的是(C)解析:理解α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象,關(guān)鍵是弄清α粒子遇到金原子核時(shí)受到強(qiáng)大的斥力作用,才能發(fā)生大角度散射,選項(xiàng)C正確。2.(氫原子光譜)(多選)用具有肯定動(dòng)能的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子,使這些氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為n(n>2)的激發(fā)態(tài)。此時(shí)出現(xiàn)的氫光譜中有N條譜線,其中波長(zhǎng)的最大值為λ?，F(xiàn)漸漸提高入射電子的動(dòng)能,當(dāng)動(dòng)能達(dá)到某一值時(shí),氫光譜中譜線增加到N′條,其中波長(zhǎng)的最大值變?yōu)棣恕?。下列各式中可能正確的是(AC)A.N′=N+n B.N′=N+n-1C.λ′>λ D.λ′<λ解析:從n能級(jí)輻射的氫光譜線條數(shù)N到(n+1)能級(jí)輻射的氫光譜線條數(shù)N′,故N′=N+n,A正確,B錯(cuò)誤;波長(zhǎng)越長(zhǎng)的氫光譜線的頻率越小,對(duì)應(yīng)的能級(jí)差值越小,即從(n+1)能級(jí)向n能級(jí)輻射的氫光譜線的波長(zhǎng)為λ′,從n能級(jí)向(n-1)能級(jí)輻射的氫光譜線的波長(zhǎng)為λ,故λ′>λ,C正確,D錯(cuò)誤。3.(玻爾理論、氫原子能級(jí))如圖所示是某原子的能級(jí)圖,a,b,c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長(zhǎng)的光。在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中,譜線從左向右的波長(zhǎng)依次增大,則正確的是(C)解析:由能級(jí)圖及Em-En=hν知,E3-E1>E2-E1>E3-E2,即νa>νc>νb,又λ=,知λa<λc<λb,所以C正確。1.(2024·浙江11月選考,14)(多選)處于較高能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷時(shí),能輻射出a,b兩種可見(jiàn)光,a光照耀某金屬表面時(shí)有光電子逸出,b光照耀該金屬表面時(shí)沒(méi)有光電子逸出,則(BD)A.以相同的入射角射向一平行玻璃磚,a光的側(cè)移量小于b光的B.垂直入射到同一單縫衍射裝置,a光的衍射中心亮條紋寬度小于b光的C.a光和b光的頻率之比可能是D.a光子的動(dòng)量大于b光子的解析:依據(jù)光電效應(yīng)可知,a光能發(fā)生光電效應(yīng),b光不能發(fā)生光電效應(yīng),E=hν,說(shuō)明光的頻率νa>νb,故C錯(cuò)誤;光在同種介質(zhì)中頻率大的折射率大,以相同的入射角射向一平行玻璃磚,a光的側(cè)移量大于b光的,A錯(cuò)誤;依據(jù)波速和波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系,有λa<λb,單縫衍射時(shí)a光的中心亮紋小于b光的,B正確;光子的動(dòng)量為p=,所以a光子的動(dòng)量大于b光子的動(dòng)量,D正確。2.(2024·浙江4月選考,15)(多選)氫原子的能級(jí)圖如圖所示,關(guān)于大量氫原子的能級(jí)躍遷,下列說(shuō)法正確的是(可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為4.0×10-7m～7.6×10-7m,普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空中的光速c=3.0×A.氫原子從高能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí),會(huì)輻射γ射線B.氫原子處在n=4能級(jí),會(huì)輻射可見(jiàn)光C.氫原子從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光具有顯著的熱效應(yīng)D.氫原子從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光在同一介質(zhì)中傳播速度最小的光子能量為1.89eV解析:γ射線是原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的,故氫原子的核外電子躍遷是不會(huì)輻射γ射線的,A錯(cuò)誤;氫原子在n=4能級(jí)時(shí)會(huì)向低能級(jí)躍遷,當(dāng)躍遷到n=2能級(jí)時(shí),ΔE=2.55eV,產(chǎn)生的波長(zhǎng)為λ=4.85×10-7m3.(2024·浙江10月選考,14)(多選)氫原子從n=6躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射出頻率為ν1的光子,從n=5躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射出頻率為ν2的光子。下列說(shuō)法正確的是(ABD)A.頻率為ν1的光子的能量較大B.頻率為ν1的光子的動(dòng)量較大C.做雙縫干涉試驗(yàn)時(shí),頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大D.做光電效應(yīng)試驗(yàn)時(shí),頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能較大解析:由Em-En=hν可知,ν1>ν2,波長(zhǎng)λ1<λ2,而光子的動(dòng)量p=,所以頻率為ν1的光子的能量及動(dòng)量較大;由Δx=λ,λ1<λ2,知Δx1<Δx2;由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hν=Ek+W0知,頻率越大的光產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能越大。4.(2024·浙江10月選考,15)(多選)如圖為氫原子能級(jí)圖,氫原子中的電子從n=5能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)可產(chǎn)生a光;從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)可產(chǎn)生b光,a光和b光的波長(zhǎng)分別為λ