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

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1、章末整合 一、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)及核式結(jié)構(gòu)模型的理解 1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”． 2．核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)． 例1　關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，說明正電荷在原子內(nèi)均勻分布，是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(yùn)動(dòng)，說明這些α粒子未受到明顯的力的作用，說明原子是“中空”的 C

2、．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(duì)α粒子的吸引力很大 答案　BC 解析　在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說明α粒子未受到原子核明顯的力的作用，也說明原子核相對(duì)原子來講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故A錯(cuò)，B對(duì)；極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明受到金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)，而金原子核未動(dòng)，說明金原子核的質(zhì)量和電荷量遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量和電荷量，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子，α粒子打在電子上，α粒子不會(huì)有明顯偏轉(zhuǎn)，故C對(duì)，D錯(cuò)． 二、對(duì)玻爾原子結(jié)構(gòu)理解

3、 1．氫原子的能級(jí) 對(duì)氫原子而言，核外的一個(gè)電子繞核運(yùn)行時(shí)，若半徑不同，則對(duì)應(yīng)的原子能量也不同． 原子各能級(jí)的關(guān)系為En＝ (n＝1，2，3…) 對(duì)于氫原子而言，基態(tài)能級(jí)：E1＝－13.6 eV 2．氫原子的能級(jí)圖 氫原子的能級(jí)圖如圖1所示． 圖1 例2　已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑為r1＝0.52810－10 m，量子數(shù)為n的能級(jí)值為En＝ eV. (1)求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(jí)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(jì)算這幾種光譜線中最短的波長(zhǎng)． (靜電力常量k＝9109 Nm2/C2

4、，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＝3.0108 m/s) 答案　見解析 解析　(1)核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為： Ek＝ ＝ J ＝2.1810－18 J＝13.6 eV. (2)當(dāng)n＝1時(shí)，能級(jí)值為E1＝ eV＝－13.6 eV. 當(dāng)n＝2時(shí)，能級(jí)值為E2＝ eV＝－3.4 eV. 當(dāng)n＝3時(shí)，能級(jí)值為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(jí)圖如圖所示． (3)由E3向E1躍遷時(shí)發(fā)出的

5、光子頻率最大，波長(zhǎng)最短． hν＝E3－E1，又知ν＝，則有 λ＝＝ m＝1.0310－7 m. 針對(duì)訓(xùn)練1　按照玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是(　　) A．第m個(gè)定態(tài)和第n個(gè)定態(tài)的軌道半徑rm和rn之比為：rm∶rn＝m2∶n2 B．第m個(gè)定態(tài)和第n個(gè)定態(tài)的能量Em和En之比為：Em∶En＝n2∶m2 C．電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)，若其圓周運(yùn)動(dòng)的頻率是ν，則其發(fā)光頻率也是ν D．若氫原子處于能量為E的定態(tài)，則其發(fā)光頻率為ν＝ 答案　AB 解析　由氫原子核外電子軌道半徑公式：rn＝n2r1，軌道半徑與量子數(shù)的平方成正比，所以rm∶rn＝m2∶n2，A選項(xiàng)正確．氫原子的能量

6、公式：En＝E1可見氫原子的能量與量子數(shù)的平方成反比，所以Em∶En＝n2∶m2，B選項(xiàng)正確．根據(jù)玻爾的原子理論，只有核外電子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，才能發(fā)射某一頻率的光，所以C、D選項(xiàng)不正確． 三、原子的能級(jí)躍遷與電離 1．能級(jí)躍遷包括輻射躍遷和吸收躍遷，可表示如下： 高能級(jí)Em低能級(jí)En 2．當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，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(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能． 3．原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)．由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大

7、于或等于兩能級(jí)的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷． 例3　將氫原子電離，就是從外部給電子能量，使其從基態(tài)或激發(fā)態(tài)脫離原子核的束縛而成為自由電子． (1)若要使n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射該氫原子？ (2)若用波長(zhǎng)為200 nm的紫外線照射氫原子，則電子飛到離核無窮遠(yuǎn)處時(shí)的速度多大？(電子電荷量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.6310－34 Js，電子質(zhì)量me＝9.110－31 kg) 答案　(1)8.211014 Hz　(2)9.95105 m/s 解析　(1)n＝2時(shí)，E2＝－ eV＝－3.4 eV 所謂電離，就是使處于基態(tài)

8、或激發(fā)態(tài)的原子的核外電子躍遷到n＝∞的軌道，n＝∞時(shí)，E∞＝0. 所以，要使處于n＝2激發(fā)態(tài)的原子電離，電離能為 ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV ν＝＝ Hz＝8.211014 Hz (2)波長(zhǎng)為200 nm的紫外線一個(gè)光子所具有的能量 E0＝hν＝6.6310－34 J＝9.94510－19 J 電離能ΔE＝3.41.610－19 J＝5.4410－19 J 由能量守恒hν－ΔE＝mv2 代入數(shù)值解得v＝9.95105 m/s 針對(duì)訓(xùn)練2　一個(gè)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(dòng)能是多大？ 答案　能　1.4 eV 解析　氫原子從基態(tài)n＝1處被完全電離至少吸收13.6 eV的能量．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(dòng)能Ek＝15 eV－13.6 eV＝1.4 eV.