【新步步高】2015-2016學(xué)年高二物理人教版選修3-5導(dǎo)學(xué)案：第十八章-原子結(jié)構(gòu)6頁6頁

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1、學(xué)案5　章末總結(jié) 一、對α粒子散射實驗及核式結(jié)構(gòu)模型的理解 1．實驗結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進；少數(shù)α粒子有較大的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角達到180. 2．核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，電子繞核運轉(zhuǎn)． 3．原子核的組成與尺度 (1)原子核的組成：由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核中的質(zhì)子數(shù)． (2)原子核的大?。簩嶒灤_定的原子核半徑的數(shù)量級為10－15 m，而原子的半徑的數(shù)量級是10－10 m．因而原子內(nèi)部十分“空曠”． 例1　關(guān)于

2、α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是(　　) A．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運動，說明正電荷在原子內(nèi)均勻分布，使α粒子受力平衡的結(jié)果 B．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運動，說明這些α粒子未受到明顯的力的作用，說明原子內(nèi)大部分空間是空的 C．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)質(zhì)量和電荷量比α粒子大得多的粒子在原子內(nèi)分布空間很小 D．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)的電子對α粒子的吸引力很大 解析　在α粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子沿原方向運動，說明這些α粒子未受到原子核明顯的力的作用，也說明原子核相對原子來講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故A錯，B對；極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，

3、說明會受到原子核明顯的力的作用的空間在原子內(nèi)很小，α粒子偏轉(zhuǎn)而原子核未動，說明原子核的質(zhì)量和電荷量遠大于α粒子的質(zhì)量和電荷量，電子的質(zhì)量遠小于α粒子的質(zhì)量，α粒子打在電子上，不會有明顯偏轉(zhuǎn)，故C對，D錯． 答案　BC 二、對玻爾原子模型及原子能級躍遷的理解 1．玻爾原子模型 (1)原子只能處于一系列能量不連續(xù)的狀態(tài)中，具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫做定態(tài)，能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)． (2)頻率條件 當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(En)時會放出能量為hν的光子，則：hν＝Em－En.反之，當(dāng)電子吸收光子時會從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸

4、收的光子能量同樣由頻率條件決定． (3)原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)電子的不同運行軌道． 2．氫原子能級躍遷 (1)氫原子的能級 原子各能級的關(guān)系為：En＝(n為量子數(shù)，n＝1,2，3，…) 對于氫原子而言，基態(tài)能級：E1＝－13.6 eV. (2)氫原子的能級圖 氫原子的能級圖如圖1所示． 圖1 例2　已知氫原子基態(tài)的電子軌道半徑為r1＝0.52810－10 m，量子數(shù)為n的能級為En＝ eV. (1)求電子在基態(tài)軌道上運動的動能； (2)有一群氫原子處于量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)，畫一張能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出的光譜線． (3)計算這幾種光譜線中最短的波長．

5、 (靜電力常量k＝9109 Nm2/C2，電子電荷量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.6310－34 Js，真空中光速c＝3108 m/s) 解析　(1)核外電子繞核做勻速圓周運動，庫侖引力提供向心力，則＝，又知Ek＝mv2， 故電子在基態(tài)軌道上運動的動能為：Ek＝ ＝ J≈2.1810－18 J≈13.6 eV. (2)當(dāng)n＝1時，能級為E1＝ eV＝－13.6 eV. 當(dāng)n＝2時，能級為E2＝ eV＝－3.4 eV. 當(dāng)n＝3時，能級為E3＝ eV≈－1.51 eV. 能發(fā)出的光譜線分別為3→2、2→1、3→1共3種，能級圖如圖所示 (3)由E3向E1躍遷時

6、發(fā)出的光子頻率最大，波長最短． hν＝E3－E1，又知ν＝，則有 λ＝＝ m≈1.0310－7 m. 答案　見解析 三、原子的能級躍遷與電離 1．能級躍遷包括輻射躍遷和吸收躍遷，可表示如下： 高能級Em低能級En. 2．當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能． 3．原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)．由于實物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級躍遷

7、． 例3　如圖2所示，A、B、C分別表示三種不同能級躍遷時放出的光子．由圖可以判定(　　) 圖2 A．用波長為600 nm的X射線照射，可以使穩(wěn)定的氫原子電離 B．用能量是10.2 eV的光子可以激發(fā)處于基態(tài)的氫原子 C．用能量是2.5 eV的光子入射，可以使基態(tài)的氫原子激發(fā) D用能量是11.0 eV 的外來電子，可以使處于基態(tài)的氫原子激發(fā) 解析　“穩(wěn)定的氫原子”指處于基態(tài)的氫原子，要使其電離，光子的能量必須大于或等于13.6 eV，而波長為600 nm的X射線的能量為 E＝h＝6.6310－34 eV≈2.07 eV<13.6 eV，A錯誤． 因ΔE＝E2－E1＝(－3

8、.4) eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，故10.2 eV的光子可以使氫原子從基態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)，B正確；2.5 eV的光子能量不等于任何其他能級與基態(tài)的能級差，因此不能使氫原子發(fā)生躍遷，C錯誤；外來的電子可以將10.2 eV的能量傳遞給氫原子，使它激發(fā)，外來電子還剩余11.0 eV－10.2 eV＝0.8 eV的能量，D正確． 答案　BD 針對訓(xùn)練　一個氫原子處于基態(tài)，用光子能量為15 eV的電磁波去照射該原子，問能否使氫原子電離？若能使之電離，則電子被電離后所具有的動能是多大？ 答案　能　1.4 eV 解析　氫原子從基態(tài)n＝1被完全電離至少需要吸收13.6 eV的能

9、量．所以15 eV的光子能使之電離，由能量守恒可知，完全電離后還剩余動能Ek＝15 eV－13.6 eV＝1.4 eV. 1．(對核式結(jié)構(gòu)模型的理解)在α粒子散射實驗中，當(dāng)α粒子最接近金原子核時，下列說法正確的是(　　) A．動能最小 B．電勢能最小 C．α粒子和金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小 D．加速度最小 答案　A 解析　在α粒子散射實驗中，當(dāng)α粒子接近金原子核時，金原子核對α粒子的作用力是斥力，對α粒子做負功，電勢能增加，動能減小，當(dāng)α粒子離金原子核最近時，它們之間的庫侖力最大，α粒子的動能最小．由于受到的金原子核外電子的作用相對較小，與金原子核對α粒子的庫侖力相比，可以

10、忽略，因此只有庫侖力做功，所以機械能和電勢能整體上是守恒的，故系統(tǒng)的能量可以認(rèn)為不變．綜上所述，正確選項應(yīng)為A. 2．(對氫原子能級躍遷的理解)如圖3所示是玻爾理論中氫原子的能級圖，現(xiàn)讓一束單色光照射一群處于基態(tài)的氫原子，受激發(fā)的氫原子能自發(fā)地輻射出三種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為(　　) 圖3 A．13.6 eV B．12.09 eV C．10.2 eV D．3.4 eV 答案　B 解析　受激發(fā)的氫原子能自發(fā)地輻射出三種不同頻率的光，說明激發(fā)的氫原子處于第3能級，則照射氫原子的單色光的光子能量為E＝E3－E1＝12.09 eV，故B正確． 3．(原子的

11、能級躍遷和電離問題)氫原子能級的示意圖如圖4所示，大量氫原子從n＝4的能級向 n＝2 的能級躍遷時輻射出可見光a，從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光b，則(　　) 圖4 A．可見光光子能量范圍在1.62 eV到2.11 eV之間 B．氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時會輻射出紫外線 C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 D．氫原子在n＝2的能級可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離 答案　C 解析　由能級躍遷公式ΔE＝Em－En得： ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89

12、 eV 故A錯；據(jù)ΔE＝＝hν知，C對；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時能量差對應(yīng)的光子處于紅外線波段，B錯；氫原子在n＝2的能級時能量為－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 eV時才能電離，D錯． 4．(氫原子的能級躍遷)如圖5所示為氫原子能級的示意圖．現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)．當(dāng)向低能級躍遷時將輻射出若干不同頻率的光．關(guān)于這些光，下列說法正確的是(　　) 圖5 A．最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的 B．頻率最小的光是由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的 C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光 D．用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬箔能發(fā)生光電效應(yīng) 答案　D 解析　在該題中，從n＝4的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的能級差最大，即發(fā)出的光子能量最大，頻率最大，對應(yīng)波長最小，是最不容易發(fā)生衍射的，A錯誤；從n＝4的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)的能級差最小，發(fā)出光子的頻率最小，B錯誤；可輻射出的光子頻率的種類數(shù)為C＝6種，C錯誤；從n＝2的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，輻射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34 eV，因而可以使逸出功為6.34 eV的金屬箔發(fā)生光電效應(yīng)，D正確．