2018高三物理第一轮复习课件：第十二章第二讲原子结构氢原子光谱

第十二章　近代物理初步第二讲　原子结构　氢原子光谱少数极少数知识点1　原子的核式结构[教材温故]1．α粒子散射实验的结果．绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但_____α粒子发生了大角度偏转，_______α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．原子核所有质量电子10－1510－102．卢瑟福的原子核式结构模型．在原子的中心有一个很小的核，叫_______，原子的所有正电荷和几乎__________都集中在原子核里，带负电的______在核外绕核旋转．3．原子核的尺度：原子核直径的数量级为______m，原子直径的数量级约为______m.思考与讨论α粒子散射实验过程中，α粒子为什么会发生大角度散射？提示：α粒子受到了很大的库仑力作用，并且这种库仑力对α粒子又不平衡，从而导致α粒子发生大角度散射．[易误辨析]判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上．(　　)(2)阴极射线来源于原子核．(　　)(3)原子的核式结构模型是由英国物理学家卢瑟福提出的．(　　)：(1)√　(2)×　(3)√波长亮线宽带知识点2　氢原子光谱[教材温故]1．光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的_____(频率)和强度分布的记录，即光谱．2．光谱分类：有些光谱是一条条的_____，这样的光谱叫作线状谱．有的光谱是连在一起的_____，这样的光谱叫作连续谱．3．氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长eq\f(1,λ)＝__________(n＝3，4，5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n为量子数．Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))思考与讨论利用白炽灯的光谱，能否检测出灯丝的成分？提示：不能，白炽灯的光谱是连续谱，不是原子的特征谱线，因而无法检测出灯丝的成分．[易误辨析]判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)连续光谱是由各种不同频率的光组成的各种颜色的光带．(　　)(2)我们能用连续光谱来鉴定物质的组成成分．(　　)(3)氢原子光谱是一些分立的不连续的线状谱，但没有什么规律．(　　)答案：(1)√　(2)×　(3)×稳定知识点3　玻尔理论[教材温故]1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是______的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．频率Em－En圆周不连续2．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定______的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝________(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)．3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的______轨道绕核运动相对应．原子的定态是_______的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子的能级、能级公式．(1)氢原子的能级图(如图所示)．－13.6n2r10.53×10－10(2)氢原子的能级和轨道半径．①氢原子的能级公式：En＝______(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝_______eV.②氢原子的半径公式：rn＝_______(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝_____________m.eq\f(1,n2)E1思考与讨论氢原子从高能级向低能级跃迁时，是不是氢原子所处的能级越高，释放的光子能量就越大？提示：不一定．氢原子从高能级向低能级跃迁时，所释放的光子的能量一定等于能级差，氢原子所处的能级越高，跃迁时能级差不一定越大，释放的光子能量也不一定越大．[易误辨析]判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率．(　　)(2)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(　　)(3)原子的能量量子化现象是指原子的能量状态是不连续的．(　　)答案：(1)×　(2)×　(3)√考点1　原子结构与α粒子散射实验通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．[典例1]　(2018·大连模拟)卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验，获得了重要发现：(1)关于α粒子散射实验的结果，下列说法中正确的是(　　)A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动(2)在α粒子散射实验中，现有一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求该α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能达式为E＝keq\f(q1q2,r)，α粒子质量为6.64×10－27kg)．解析：(1)α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以选项C正确，选项A、B错误；玻尔发现了电子轨道量子化，选项D错误．(2)从能量转化的角度看，当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则有eq\f(1,2)mv2＝keq\f(q1q2,d)，解得d＝eq\f(2kq1q2,mv2)＝eq\f(2×9.0×109×2×79×（1.6×10－19）2,6.64×10－27×（2.0×107）2)m≈2.7×10－14m.答案：(1)C　(2)2.7×10－14m原子的核式结构模型1．α粒子散射实验结果分析．(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．(2)汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．(3)绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．2．核式结构模型的局限性．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．[对点训练]1．(2015·安徽卷)如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)A．M点　　　　B．N点C．P点D．Q点解析：α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项C正确．答案：C考点2　氢原子能级及能级跃迁1．氢原子的能级图能级图如图所示．2．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n小)eq\o(――→,\s\up17(跃迁))高能级(n大)—→吸收能量．hν＝En大－En小．(2)从高能级(n大)eq\o(――→,\s\up17(跃迁))低能级(n小)—→放出能量．hν＝En大－En小．3．电离电离态与电离能．电离态：n＝∞，E＝0.基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV电离能．n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV.如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．[典例2]　(多选)氢原子能级如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是(　　)A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析：由E初－E终＝hν＝heq\f(c,λ)可知，氢原子跃迁时始末能级差值越大，辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知E3－E2<E2－E1，故选项A错误；由eq\f(－1.51－（－3.4）,－3.4－（－13.6）)＝eq\f(λ,656)得λ＝121.6nm<325nm，故选项B错误；由Ceq\o\al(2,3)＝3可知选项C正确；因跃迁中所吸收光子的能量必须等于始末能级的差值，即从n＝2跃迁到n＝3的能级时必须吸收λ＝656nm的光子，故选项D正确．答案：CD1．两类能级跃迁．(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，辐射光子．光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．谱线条数的确定．(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2).②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．[对点训练]2．1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成．反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷．反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示．下列说法中正确的是(　　)A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B．基态反氢原子的电离能是13.6eVC．基态反氢原子能吸收11eV的光子发生跃迁D．在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长解析：反氢原子和氢原子有相同的能级分布，所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故A错误；由题图可知，处于基态的反氢原子的电离能是13.6eV，故B正确；基态的反氢原子吸收11eV光子，能量为－13.6eV＋11eV＝－2.6eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收，故C错误；在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子能量最大，频率最大，波长最小，故D错误．答案：B考点1　原子结构与α粒子散射实验1．(多选)(2018·洛阳模拟)关于原子结构，下列说法正确的是(　　)A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“枣糕模型”解析：玻尔提出的原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律；卢瑟福核式结构模型不能解释原子的稳定性；卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，否定了汤姆孙关于原子结构的“枣糕模型”，故选项A、D正确，选项B、C错误．答案：AD2．(2018·开封模拟)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　)解析：金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，选项A、D错误；由原子核对α粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错误，C正确．答案：C考点2　氢原子能级及能级跃迁3．(多选)(2017·淄博莱芜二模)氢原子的能级如图所示，现在处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)A．这些氢原子可能发出6种不同频率的光B．已知钾的逸出功为2.22eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小，电子动能增加解析：大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数n＝Ceq\o\al(2,4)＝6，故A正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为1.89eV，小于钾的逸出功为2.22eV，故不能产生光电效应，故B错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子频率最小，故C错误；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，放出能量，故氢原子能量减小，同时电子向原子核靠近，库仑力做正功，故电子动能增加，故D正确．答案：AD4．(2015·海南卷)氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为______eV(保留两位有效数字)，这些光子可具有______种不同的频率．解析：频率最大的光子能量为－0.96E1，即En－(－13.6eV)＝－0.96×(－13.6eV)，解得En＝－0.54eV，即n＝5，从n＝5能级开始，共有Ceq\o\al(2,5)＝10种不同频率的光子．频率最小的光子能量是从5→4，最小为－0.54eV－(－0.85eV)＝0.31eV.答案：0.31　10