2016-2017学年高中物理 第十八章 原子结构新人教版选修3-5_4

1 章末复习课 【知识体系】 主题 1 原子的核式结构 1电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子 2 粒子散射实验的结果：绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前 进，但少数 粒子发生了大角度偏转，极少数 粒子甚至被撞了回来 3三个原子模型的对比 原子模型 实验基础 原子结构 成功和局限 “枣糕” 模型 电子的发现 原子是一个球体，正电 荷均匀分布在球内，电 子镶嵌其中 可解释一些实验现象，但无法说 明 粒子散射实验 核式结构 模型 卢瑟福的 粒子 散射实验 原子的中心有个很小 的核，全部正电荷和几 乎全部质量集中在核里， 成功解释了 粒子散射实验， 无法解释原子的稳定性及原子光 谱的分立特征 2 电子在核外运动 玻尔的原 子模型 氢原子光谱的研 究 在核式结构模型基础上， 引入量子观念 成功解释了氢原子光谱及原子的 稳定性，不能解释较复杂原子的 光谱现象 说明：认识原子结构的线索：气体放电的研究阴极 射线发现电子汤姆孙的“枣 糕”模型 卢瑟福核式结构模型 玻尔模型 粒 子 散 射 实 验 氢 原 子 光 谱 的 研 究 【典例 1】 在卢瑟福 粒子散射实验中，有少数 粒子发生大角度偏转，其原因 是( ) A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B正电荷在原子内是均匀分布的 C原子中存在着带负电的电子 D原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析：卢瑟福 粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是 粒子发生了较大角度的偏转， 这是由于 粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，故选项 A 正确，选项 B 错误； 粒子能接近原子核的机会很小，大多数 粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时 如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变选项 C、D 的说法没错，但与题意不符 答案：A 针对训练 1(多选)关于 粒子散射实验，下列说法正确的是( ) A绝大多数 粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布， 是 粒子受力 平衡的结果 B绝大多数 粒子沿原方向运动，说明这些 粒子未受到明显的力的作用，说明原 子内大部分空间是“空”的 C极少数 粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比 粒子大得多的粒子 在原子内分布空间很小 D极少数 粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对 粒子的吸引力很大 解析：在 粒子散射实验中，绝大多数 粒子沿原方向运动，说明 粒子未受到原 子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故选 项 A 错，B 对；极少数发生大角度偏转，说明受到金 属原子核明显力作用的空间在原子内 很小， 粒子偏转，而金原子核未动， 说明金原子核的质量和电荷量远大于 粒子的质 量和电荷量，电子的质量远小于 粒子， 粒子打在电子上， 粒子不会有明显偏转， 故选项 C 对，D 错 答案：BC 3 主题 2 氢原子的能级 能级公式 1氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式： En E1(n1，2，3，)，其中 E1为基态能量， E113.6 eV. 1n2 氢原子的半径公式： rn n2r1(n1，2，3，)，其中 r1为基态半径，又称玻尔半径， r10.5310 10 m. 2氢原子的能级图 (1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态 (2)横线左端的数字“1，2，3，”表示量子数，右端的数字“13.6，3.4，” 表示氢原子的能级 (3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小 (4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为： h Em En. 警示：原子跃迁条件 h Em En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃 迁的情况对于光子和 原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量 E13.6 eV，原子 就能吸收对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可 原子跃迁发生的光谱线条数 NC ，是一群氢原子，而不是一个，因为某2n n（ n 1）2 一个氢原子有固定的跃迁路径 【典例 2】 (多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( ) A用 10.2 eV 的光子照射 B用 11 eV 的光子照射 C用 14 e V 的光子照射 D用 10 eV 的光子照射 解析：由氢原子能级图可求得 E2 E13.4 eV(13.6 eV) 10.2 eV，即 10.2 eV 是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收 10.2 eV 的光子后将跃迁到第 一激发态，可使处于基态的氢原子激发，A 项正确； Em E111 eV、 Em E110 eV， 即不 满足玻尔理论关于跃迁的 条件，B、D 项错误；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能 量须不小于 13.6 eV，而 14 eV13.6 eV，故用 14 eV 的光子照射可使基态的氢原子电离， C 项正确 答案：AC 针对训练 4 2图 1 所示为氢原子的能级，图 2 为氢原子的光谱已知谱线 a 是氢原子从 n4 的 能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光，则谱线 b 是氢原子( ) 图 1 图 2 A从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光 B从 n5 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光 C从 n4 的能级跃迁到 n3 的能级时的辐射光 D从 n1 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光 解析：由题图 2 看出 b 谱线对应的光的频率大于 a 谱线对应的光的频率，而 a 是氢原 子从 n4 能级跃迁到 n2 能级时的辐射光，所以 b 谱线对应的能级差应大于 n4 与 n2 中间的能级差，故选项 B 正确 答案：B 统揽考情 近几年来高考主要考查 粒子散射实验、核式结构模型、氢原子能级结构、光子的吸 收和发射，其中重点考查的是氢原子的能级结构和氢原子的跃迁问题一般 以选择题形式 出现 真题例析 (2015安徽 卷)如图所示是 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不动图中所标出 的 粒子在各点处的加速度方向正确的是( ) 5 A M 点 B N 点 C P 点 D Q 点 解析：由库仑定律，可得两点电荷间的库仑力的方向在两者的连线上，同种电荷相互 排斥，由牛顿第二定律，加速度的方向就是合外力的方向，故 C 正确，A、B、D 错误 答案：C 针对训练 (2015海南卷)(1)氢原子基态的能量为 E113.6 eV.大量氢原子处于某一激发 态由这些氢原子可能发出的光子中，频率最大的光子能量为0.96 E1，频率最小 的光子 的能量为_eV(保留 2 位有效数字)，这些光子可具有_种不同的频率 解析：频率最小的光子是从 n2 跃迁，即频率最小的光子的能量为 Emin3.4 eV(13.6 eV)10 eV. 频率最大的光子能量为0.96 E1，即 En(13.6 eV)0.96(13.6 eV)，解得 En0.54 eV. 即 n5，从 n5 能级开始，共有 51，54，53，52，41，42，43，31，32，21，10 种不同频率的光 子 答案：10 10 1(多选)下列说法中正确的是( ) A汤姆孙精确地测出了电子电荷量 e1.602 177 33(49)10 19 C B电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的 C汤姆孙油滴 实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是 e 的 整数倍 D通过实验测得电子的比荷及电子电荷量 e 的值，就可以确定电子的质量 解析：电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C 错误，B 正确测得比 荷的值 和电子电荷量 e 的值，可以确定电子的质量，故 D 正确 em 答案：BD 2(2014山东卷)(多选)氢原子能级如图，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时， 辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是( ) 6 A氢原子从 n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nm B用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级 C一群处于 n3 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 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级 解析：根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从 n2 能级跃迁到 n1 的能 级时，辐射光的波长一定小于 656 nm，因此 A 选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一 定频率的光子，可知 B 选项错误，D 选项正确；一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃 迁时可以产生 3 种频率的光子，所以 C 选项正确 答案：CD 3如图是电子射线管示意图接通电源后，电子射线由阴极沿 x 轴方向射出，在荧光 屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下( z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用 的是( ) A加一磁场，磁场 方向沿 z 轴负方向 B加一磁场，磁场方向沿 y 轴正方向 C加一电场，电场方向沿 z 轴负方向 D加一电场，电场方向沿 y 轴正方向 解析：若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿 y 轴正方向；若加电场，根据受力情 况可知其方向应沿 z 轴正方向，故只有 B 项是正确的应明确管内是电子流，然后根据洛 伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定 答案：B 4(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是( ) A核外电子运动轨道半径可取任意值 B氢原子中的电子离