【導(dǎo)學(xué)練】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第4章 原子結(jié)構(gòu) 章末綜合提升學(xué)案

第4章原子結(jié)構(gòu)主題1兩個(gè)重要的物理思想方法1．模型法人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了幾個(gè)不同的階段，其中有湯姆孫原子模型、盧瑟福原子模型、玻爾原子模型、電子云模型(如圖所示)。2．假設(shè)法假設(shè)法是學(xué)習(xí)物理規(guī)律常用的方法，前邊我們學(xué)過(guò)的安培分子電流假說(shuō)，現(xiàn)在大家知道從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看是正確的，玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論是為了解決核式結(jié)構(gòu)模型的困惑而提出的，其基本假設(shè)包括軌道定態(tài)和頻率條件，玻爾理論的成功在于引入量子化概念，局限性在于保留了軌道的概念，沒(méi)有徹底脫離經(jīng)典物理學(xué)框架。3．盧瑟福原子模型與玻爾原子模型的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)(1)相同點(diǎn)①原子有帶正電的核，原子質(zhì)量幾乎全部集中在核上。②帶負(fù)電的電子在核外運(yùn)行。(2)不同點(diǎn)盧瑟福原子模型：庫(kù)侖力提供向心力，r的取值是連續(xù)的。玻爾原子模型：軌道r是分立的、量子化的，能量也是量子化的?！镜淅?】下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)模型的說(shuō)法正確的是()A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子結(jié)構(gòu)的“葡萄干面包”模型B．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子內(nèi)部存在帶負(fù)電的電子C．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性D．玻爾原子模型能很好地解釋所有原子光譜A[湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，并提出原子結(jié)構(gòu)的“葡萄干面包”模型，故A正確；盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)主要是否定了湯姆孫提出的原子的“葡萄干面包”模型，不能說(shuō)明原子內(nèi)部存在帶負(fù)電的電子，故B錯(cuò)誤；盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型不能解釋原子的穩(wěn)定性，故C錯(cuò)誤；玻爾原子模型能很好地解釋原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜，但不能解釋復(fù)雜原子的光譜，故D錯(cuò)誤。][一語(yǔ)通關(guān)](1)湯姆孫提出了“葡萄干面包”模型。(2)盧瑟福核式結(jié)構(gòu)原子模型。(3)玻爾原子模型很好地解釋原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜。主題2玻爾理論1．玻爾原子模型(1)量子化觀點(diǎn)：電子的可能軌道半徑、原子的能量、原子躍遷輻射或吸收光子的頻率都只能是分立的、不連續(xù)的值。(2)對(duì)應(yīng)關(guān)系：電子處于某一可能軌道對(duì)應(yīng)原子的一種能量狀態(tài)。(3)定態(tài)觀點(diǎn)：電子在某一可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子是不向外輻射電磁波的，軌道與能量是穩(wěn)定的。(4)躍遷觀點(diǎn)：能級(jí)躍遷時(shí)輻射或吸收光子的能量，hν＝Em－En(m＞n)。(5)①原子吸收光子能量是有條件的，只有等于某兩個(gè)能級(jí)差時(shí)才被吸收發(fā)生躍遷。②如果入射光的能量E≥13.6eV，原子也能吸收光子，則原子電離。③用粒子碰撞的方法使原子能級(jí)躍遷時(shí)，粒子能量大于能級(jí)差即可。2．躍遷與光譜線原子處于基態(tài)時(shí)，原子是穩(wěn)定的，但原子在吸收能量躍遷到激發(fā)態(tài)后，就不穩(wěn)定了，這時(shí)就會(huì)向低能級(jí)定態(tài)躍遷，而躍遷到基態(tài)，有時(shí)是經(jīng)多次躍遷再到基態(tài)。一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線條數(shù)為：N＝Ceq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(n))＝eq\f(n（n－1）,2)?！镜淅?】氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量為E1＝－13.6eV，當(dāng)處于n＝3的激發(fā)態(tài)時(shí)，能量為E3＝－1.51eV，則：(1)當(dāng)氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝1的基態(tài)時(shí)，向外輻射的光子的波長(zhǎng)是多少？(2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射原子？(3)若有大量的氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，則在躍遷過(guò)程中可能釋放出幾種不同頻率的光子？思路點(diǎn)撥：(1)根據(jù)能級(jí)之間的能量差公式：ΔE＝Em－En，以及光子的能量與波長(zhǎng)之間的關(guān)系：ΔE＝eq\f(hc,λ)，便可求解輻射的光子的波長(zhǎng)。(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離，至少需要光子能量為(0－E1)且E1＝－13.6eV的電磁波照射原子。(3)大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子在躍遷過(guò)程中釋放的不同頻率的光子的種類(lèi)等于Ceq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(n))。[解析](1)根據(jù)能級(jí)之間的能量差公式：ΔE＝Em－En，得ΔE13＝E3－E1＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV；光子的能量與波長(zhǎng)之間的關(guān)系：ΔE＝eq\f(hc,λ)，所以從n＝3激發(fā)態(tài)躍遷到n＝1發(fā)射光的波長(zhǎng)：λ＝eq\f(hc,ΔE)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,12.09×1.6×10－19)m≈1.03×10－7m。(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離，照射光光子的能量應(yīng)能使電子從第1能級(jí)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處，最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為：hν＝0－E1，得：ν＝eq\f(－E1,h)＝eq\f(13.6×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈3.3×1015Hz。(3)當(dāng)大量氫原子處于n＝3能級(jí)時(shí)，可釋放出的光子種類(lèi)為N＝Ceq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(3))＝3種。[