人教版高中物理選修3-5第5講原子結(jié)構(gòu)（教師版）公主墳陳亞光

原子結(jié)構(gòu)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.理解α粒子散射現(xiàn)象和波爾原子理論。2.學(xué)會(huì)分析原子模型并能夠解決相關(guān)問題。原子的核式結(jié)構(gòu)1．α粒子散射現(xiàn)象絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°．2．原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，于1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)．原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10－10m，原子核的大小約為10－15m～10－14m．

玻爾的原子模型1．玻爾假說提出的背景：經(jīng)典電磁理論在解釋原子結(jié)構(gòu)時(shí)碰上了無法克服的困難，原子為什么是穩(wěn)定的？原子光譜為什么不是連續(xù)光譜？玻爾假說的貢獻(xiàn)，就是成功解釋了經(jīng)典理論無法解釋的這些問題．玻爾假說的核心，是引入了量子化理論，從而找到了描繪微觀世界的一條重要規(guī)律．2．玻爾假說的內(nèi)容：（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(duì)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：原子從一種能級(jí)向另一種能級(jí)躍遷時(shí)，吸收（或輻射）一定頻率的光子，光子能量E＝hν＝E2－E1．氫原子能級(jí)氫原子在各個(gè)能量狀態(tài)下的能量值，叫做它的能級(jí)．最低的能級(jí)狀態(tài)，即電子在離原子核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)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(jí)叫激發(fā)態(tài)．原子光譜及應(yīng)用1．原子光譜：元素在稀薄氣體狀態(tài)下的光譜是分立的線狀譜，由一些特定頻率的波組成，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．電子云玻爾模型引入了量子化觀點(diǎn)，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，只不過是電子出現(xiàn)概率最大的地方．把電子的概率分布用圖象表示時(shí)，用小黑點(diǎn)的稠密程度代表概率的大小，其結(jié)果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為“電子云”．

類型一：α粒子的散射規(guī)律例1.在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中，下列的哪些說法是正確的A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用B．α粒子的動(dòng)能不斷減小C．α粒子的電勢(shì)能不斷增大D．α粒子發(fā)生散射，是與電子碰撞的結(jié)果解析：α粒子一直受到原子核的斥力作用，動(dòng)能先減小后增大，電勢(shì)能先增大后減?。亮Ｗ拥馁|(zhì)量M遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量mｅ（M＝4×1837me），與電子相碰后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本保持不變．所以，應(yīng)選答案A．答案：A類型二:氫原子能級(jí)及計(jì)算例2.氫原子能級(jí)圖的一部分如圖所示，a、b、c分別表示氫原子在不同能級(jí)之間的三種躍遷途徑，設(shè)在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長(zhǎng)分別是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，則①λb＝λa＋λc②③λb＝λa·λc④Eb＝Ea＋Ec以上關(guān)系正確的是A．①③ B．②④ C．只有① D．③④解析:由玻爾理論知，Eb＝Ea＋Ec，又因?yàn)閔得，．故②④對(duì)，選B．答案:B類型三：氫原子模型綜合問題例3.氫原子輻射出一個(gè)光子后，根據(jù)玻爾理論，下列判斷正確的是A.電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大 B．電子的動(dòng)能減少C．氫原子的電勢(shì)能增大 D．氫原子的能級(jí)減小解析:氫原子輻射出一個(gè)光子是由繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的電子由外層軌道向內(nèi)層軌道躍遷產(chǎn)生的，即由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，故A、C錯(cuò)D對(duì)．由ke2/rn2＝mvn2/rn得：Ekn＝mvn2＝ke2/2rn，B錯(cuò)．答案:D類型四：氫原子能級(jí)計(jì)算問題..（1）有一群氫原子處于量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)．畫一能級(jí)圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線．（2）計(jì)算這幾條光譜線中最長(zhǎng)的波長(zhǎng)．解析:（1）由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射，會(huì)得到三條光譜線，如能級(jí)圖15—1—2中所示．（2）三條光譜線中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子能量最小，發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的能量差最小，根據(jù)氫原子能級(jí)的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)．設(shè)波長(zhǎng)為λ，由ｈ＝E3－E2得λ＝m＝6.58×10－7m答案：6.58×10－7m基礎(chǔ)演練1．對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述①主要實(shí)驗(yàn)器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡②金箔的厚薄對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響③如果改用鋁箔就不能發(fā)生散射現(xiàn)象④實(shí)驗(yàn)裝置放在真空中以上說法正確的是A．①② B．③④ C．①④ D．②③答案C2．在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是A．原子的絕大部分質(zhì)量和全部正電荷集中在一個(gè)很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中答案:A3．氫原子從第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)發(fā)出藍(lán)光，那么，當(dāng)氫原子從第5能級(jí)躍遷到第2能級(jí)應(yīng)發(fā)出A．Ｘ射線 B．紅光 C．黃光 D．紫光答案：B4.如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)中α粒子穿過某金屬原子核附近時(shí)的示意圖,A、B、C三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢(shì)而上,則下列說法中正確的是()A.α粒子在A處的速度比在B處的速度小.B.α粒子在B處的速度最大.C.α粒子在A、C處的速度相同.D.α粒子在B處的速度比在C處的速度小.答案：D5.氫原子的核外電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí),它所受的力主要是( )A.庫(kù)侖引力B.庫(kù)侖斥力C.萬有引力D.庫(kù)侖力和萬有引力答案：A6.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,我們并沒有考慮α粒子跟電子的碰撞,這是由于( )A.α粒子并不跟電子作用.B.α粒子跟電子相碰時(shí),損失的能量很少,可忽略.C.電子的體積實(shí)在太小,α粒子碰不到.D.由于電子是均勻分布的,α粒子受電子的合力為零.答案：B7．欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是①用10.2eV的光子照射②用11eV的光子照射③用14eV的光子照射④用11eV的電子碰撞A．①② B．②③ C．①③④ D．②③④答案:C8．用經(jīng)典的電磁理論解釋盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤結(jié)論是：（1）_________，（2）_______．答案:（1）原子應(yīng)是不穩(wěn)定的（2）原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜9．玻爾模型給出氫原子核外電子的兩個(gè)可能軌道的半徑之比為r1∶r2＝1∶4，則兩軌道上電子的周期之比T1∶T2＝______，線速度大小之比為______．答案:1∶82∶110．玻爾模型給出氫原子核外電子的兩個(gè)可能軌道的半徑之比為r1∶r2＝1∶4，則兩軌道上電子的周期之比T1∶T2＝______，線速度大小之比為______．答案：1∶82∶1鞏固提高1.盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了（）A．原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電B．某些原子核容易發(fā)生衰變，自身變成另一種元素的原子核C．原子的正電部分和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核上，整個(gè)原子很空曠D．電子是原子的組成部分，原子不可再分的觀念被打破答案：C2.氫原子的能級(jí)如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為.下列說法錯(cuò)誤的是（）A．處于能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B．大量氫原子從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C．大量處于能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D．大量處于能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光答案：C3.如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)，原子在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外發(fā)出光子．若用這些光照射逸出功為的金屬鈉，則下列說法正確的是（）A．這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光，其中從躍遷到發(fā)出的光波長(zhǎng)最短B．這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光，其中從躍遷到所發(fā)出的光頻率最高C．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為D．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為答案：AD4.氫原子在最低的三個(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí),發(fā)射出來的光子頻率分別為ν31、ν32、ν21,剝應(yīng)的波長(zhǎng)分別為λ31、λ32、λ21,則下列關(guān)系式中,正確的有( )A.ν31=ν32+ν21B.C.λ31=λ32+λ21D.答案：AD5.要使一個(gè)中性鋰原予的最外層的電子脫離鋰原子所需的能量是539eV,要使一個(gè)中性氟原子結(jié)合一個(gè)電子形成一個(gè)氟離子所放出的能量為351eV,則將一個(gè)電子從鋰原子轉(zhuǎn)移到氟原子所需提供的能量為________Ev.答案：1.886.用一束光子去激發(fā)處于基態(tài)的氫原子,氫原子吸收了光子后剛好發(fā)生電離，已知E1=136eV,求這束光子的頻率.答案：7.氖原子基態(tài)的軌道半徑為53x1011m,基態(tài)能量為E1=13.6eV,將該氫原子置于靜電場(chǎng)中使其電離,則靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度至少為多少?靜電場(chǎng)提供的能量至少為多少?答案：Ｖ／ｍ,13.6ｅＶ8.下列關(guān)于玻爾原子理論的觀點(diǎn)解釋中,不正確的是( )A.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中,每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量.B.在原子中,雖然電子不斷地做加速運(yùn)動(dòng),但只要能量狀態(tài)不改變,就不會(huì)向外輻射能量.C.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),一定要輻射出一定頻率的光子.D.原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道,并且這些軌道是不連續(xù)的.答案：C9.氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài),則核外電子( )A.電勢(shì)能減小,動(dòng)能減少,周期增大.B.電勢(shì)能減小,動(dòng)能增大,周期減小.C.電勢(shì)能的減小值小于動(dòng)能的增加值.D.電勢(shì)能的減小值等于動(dòng)能的增加值.答案：B10.在α粒子轟擊金箔時(shí),極個(gè)別α粒子甚至?xí)l(fā)生原路返回的情況,因?yàn)棣亮Ｗ咏咏鹪雍藭r(shí)受到的力是________力,可算出α粒子與金原子核的最短距離約為2x1014m.已知金原于的相對(duì)原子質(zhì)量為197,由此可估算出金原子核的密度約為________kg／m3.(保留一位有效數(shù)字)答案：庫(kù)侖力,1.下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，正確的是：A.原子中絕大部分是空的，原子核很?。籅.原子的全部正電荷和全部的質(zhì)量都集中在原子核上；C.電子在核外旋轉(zhuǎn)，原子核對(duì)電子的庫(kù)侖力提供向心力；D.原子核的半徑大約為1×1010m。答案：AC2.下面關(guān)于玻爾原子理論的觀念解釋不正確的是：A.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)之中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量；B.原子中，雖然電子在不斷的做加速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會(huì)向外輻射能量；C.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射出一定頻率的光子；D.原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)有一個(gè)電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的。答案：C3.根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)n越大，則以下說法中正確的是：A.電子軌道半徑越大；B.核外電子的速率越大；C.氫原子能級(jí)的能量越大；D.核外電子的電勢(shì)能越大。答案：ACD4．（2015東城一模）一個(gè)氫原子從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)，該氫原子A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量減少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量減少答案：B5．(2015石景山一模)普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是A．人的個(gè)數(shù)B．物體所受的重力C．物體的動(dòng)能D．物體的長(zhǎng)度答案：A6．(2015順義一模)根據(jù)玻爾理論，氫原子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)A．輻射能量，能級(jí)升高B.輻射能量，能級(jí)降低C．吸收能量，能級(jí)升高D.吸收能量，能級(jí)降低答案：C7.處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射只發(fā)射波長(zhǎng)為的三種單色光，且，則照射光的波長(zhǎng)為（）A． B． C． D．答案：D8.如圖所示為氫原子的四個(gè)能級(jí)，其中為基態(tài)，若氫原子處于激發(fā)態(tài)，氫原子處于激發(fā)態(tài)，則下列說法正確的是（）A.原子可能輻射出3種頻率的光子B.原子可能輻射出3種頻率的光子C.原子能夠吸收原子發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)D.原子能夠吸收原子發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)答案：B9.現(xiàn)有l(wèi)200個(gè)氫原子被激發(fā)到一量子數(shù)為4的能級(jí)上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)是（假定處在量子數(shù)為的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的）（）A．2200 B．2000 C．1200 D．2400答案：A10.氫原子核外電子質(zhì)量為m,繞核運(yùn)動(dòng)的半徑為r,繞行方向如圖所示,則電子在該軌道上運(yùn)動(dòng)的速度大小為________,假設(shè)核外電子繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流,則這一等效電流的值為________若在垂直電子軌道平面加上一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面,則電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑將________.答案：,,減小__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，下列說法中正確的是：A.放射源、金箔、熒光屏和顯微鏡都放在沒有塵埃的潔凈的空氣中；B.熒光屏和顯微鏡能圍繞金箔在一個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng)；C.若將金箔改為銀箔就不可能發(fā)生散射現(xiàn)象；D.金箔的厚度不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。答案：B2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)首次證明了：A.α粒子帶正電；B.電子是原子的組成部分；C.原子是一個(gè)正、負(fù)電荷均勻分布的球體；D.原子中帶正電的部分體積很小。答案：D3.按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一條半徑為ra的圓軌道自發(fā)的直接躍遷到另一半徑為rb的圓軌道上，ra>rb，在此過程中：A.原子要發(fā)出一系列頻率的光子；B.原子要吸收一系列頻率的光子；C.原子要吸收某一頻率的光子；D.原子要發(fā)出某一頻率的光子。答案：D4.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金核時(shí)：A.α粒子動(dòng)能最??；B.α粒子受到的庫(kù)侖力最大；C.α粒子電勢(shì)能最小；D.α粒子動(dòng)能變化量最小。答案：AB5.玻爾在他的原子模型中所做的假設(shè)有：A.原子處于成為定態(tài)的能量狀態(tài)時(shí)，雖然電子做變速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量；B.原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的；C.電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，輻射或吸收一定頻率的光子；＋1＋1234答案：ABC6.當(dāng)α粒子被重核散射時(shí)，右圖中的路徑哪些使有可能的？A.1；B.2；C.3