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高三总复习人教版·物理课时2原子结构高三总复习人教版·物理知识点一电子的发现——知识回顾——1．1858年德国物理学家较早发现了气体导电时的辉光放电现象．德国物理学家研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的．所以他把这种未知射线称之为阴极射线．普吕克尔戈德斯坦高三总复习人教版·物理2．对于阴极射线的本质，有大量的科学家做出大量的科学研究，主要形成了两种观点．(1)电磁波说：代表人物，．认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程．(2)粒子说：代表人物，．认为这种射线的本质是一种高速粒子流．赫兹汤姆孙高三总复习人教版·物理3．美国物理学家密立根利用油滴实验测量出电子的电荷量．密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征．即任何电荷只能是e的整数倍．电子的质量：m＝kg，电子的电荷量：e＝C.9.1×10－311.6×10－19高三总复习人教版·物理——要点深化——英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子．实验装置如图1所示．图1从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A′上．高三总复习人教版·物理(1)当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷．(2)为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施．在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外．当满足条件qv0B＝qE时，则阴极射线不发生偏转．则：v0＝EB.高三总复习人教版·物理(3)如图2所示，根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：图2tanθ＝qELmv02，又因为：tanθ＝y(D＋L2)，且v0＝EB.则：qm＝Ey(D＋L2)B2L，根据已知量，可求出阴极射线的比荷．高三总复习人教版·物理——基础自测——一种测定电子比荷的实验装置如图3所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域，若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点，若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O.已知极板的长度l＝5.00cm.高三总复习人教版·物理C、D间的距离d＝1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50cm，U＝200V，B＝6.3×10－4T．P点到O点的距离y＝3.0cm，试求电子的比荷．图3高三总复习人教版·物理解析：当CD间既有电场又有磁场时，由电子做直线运动可知，电子所受的电场力与磁场力大小相等．设电子经电场加速后的速度为v0.qv0B＝qUd，则v0＝UBd＝2.12×107m/s到达极板右边缘时，电子在竖直方向飞行的距离为y1＝12ayt2＝qUl22mdv02在竖直方向的速度为vy＝ayt＝qUlmdv0高三总复习人教版·物理答案：1.61×1011C/kg电子飞出到达P点时，在竖直方向经过的距离为y2＝vyt＝qUl(L－l2)mdv02y＝y1＋y2，解得：qm＝1.61×1011C/kg高三总复习人教版·物理知识点二原子的核式结构——知识回顾——1．汤姆孙通过对的研究发现了电子，说明原子也是可分的．2．卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，α粒子发生较大角度偏转，极少数发生大角度偏转，达到180°而反向弹回．阴极射线绝大多数少数的个别的高三总复习人教版·物理3．卢瑟福提出原子核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫．它集中了原子的和几乎全部．带负电的电子在核外绕核旋转．从α粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为m.原子核全部正电荷质量10－14高三总复习人教版·物理——要点深化——1．α粒子散射实验(1)实验装置：如图4所示．图4高三总复习人教版·物理(2)实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径．全部设备装在真空环境中，因为α粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米．显微镜可在底盘上旋转，可在360°的范围内进行观察．(3)实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回．α粒子的大角度散射现象无法用汤姆生的原子模型解释．α粒子散射实验的结果揭示了：①原子内部绝大部分是空的；②原子内部有一个很小的“核”．高三总复习人教版·物理2．原子的核式结构卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，原子核所带的单位正电荷数等于核外电子数．原子的直径大约是10－10m，原子核的直径约为10－15～10－14m.高三总复习人教版·物理3．核式结构模型对α粒子散射实验的解释(1)因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分α粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而，大部分α粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变．(2)只有少数α粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转．高三总复习人教版·物理——基础自测——在卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α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．正电荷在原子中是均匀分布的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高三总复习人教版·物理解析：由题意“极少数α粒子发生大角度偏转”，说明α粒子受到很大的库仑斥力，“极少数”意味着α粒子接近核的机会很小，说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上．答案：A高三总复习人教版·物理知识点三氢原子光谱——知识回顾——1．光谱：复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱．2．发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有连续光谱和明线光谱两种．连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发出的光形成；明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的．原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同．高三总复习人教版·物理3．吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的．太阳光谱为吸收光谱．高三总复习人教版·物理——要点深化——1．巴耳末系公式1λ＝R(122－1n2)，n＝3,4,5…，每一个n值对应氢光谱的一条谱线．R＝1.1×107m－1.高三总复习人教版·物理2．卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾主要有两点：按照经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁波，因此能量要减少，电子轨道半径也要变小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的；电子在转动过程中，随着转动半径的缩小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续光谱．然而事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续光谱而是线状光谱．高三总复习人教版·物理——基础自测——根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内最长波长与最短波长所对应的n，并计算其波长．解析：当n＝3时，波长最长，1λ＝R(122－132)λ＝1R×365m＝11.1×107×365m＝6.55×10－7m当n＝∞时，波长最短，1λ＝R(122－1n2)＝R×14λ＝4Rm＝41.1×107m＝3.64×10－7m高三总复习人教版·物理答案：n＝3时，波长最长'6.55×10－7mn＝∞时，波长最短'3.64×10－7m高三总复习人教版·物理知识点四玻尔理论能级——知识回顾——1．玻尔的原子模型：是以假说的形式提出来的，它包括以下三方面的内容：(1)轨道假设：即轨道是的，只能是某些分立的值．(2)定态假设：即不同的轨道对应着不同的状态，这些状态中原子是的，不向外辐射能量．量子化能量稳定高三总复习人教版·物理(3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的，从一个定态向另一个定态跃迁时要或一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的．能量辐射吸收能级差高三总复习人教版·物理2．能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是的，因此各状态对应的能量也是的．这些能量值叫能级．3．基态与激发态：能量状态叫做基态；其他能量状态叫激发态．4．光子的发射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时出光子，由基态向激发态跃迁时要光子．光子的频率与能级的关系：.不连续不连续最低的发射吸收hν＝Em－En高三总复习人教版·物理——要点深化——1．对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．高三总复习人教版·物理(3)原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某两个能级之差，或者是吸收能量大于或等于其电离能，使电子成为自由电子；所以当原子吸收光子时，由于光子不可分，故其必须选择能量满足上述原则的光子；当原子吸收实物粒子(如电子)能量时，原子可以根据“需要”吸收其中的一部分能量，也即对电子的能量没有条件限制．高三总复习人教版·物理2．氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r1，量子数为n的激发态轨道半径为rn，则有：rn＝n2r1(n＝1,2,3…)设基态能量为E1，量子数为n的激发态能量为En，则有：En＝E1n2(n＝1,2,3…)对于氢原子而言，r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6eV高三总复习人教版·物理——基础自测——欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A．用10.2eV的光子照射B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射D．用11eV的电子碰撞高三总复习人教版·物理解析：由“玻尔理论”的跃迁假设可知，氢原子只能吸收能量刚好等于两能级之差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n＝1和n＝2的两能级之差，而11eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，故选项A正确，B错．对14eV的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使“氢原子”电离不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14eV的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4eV的动能，故选项C正确．高三总复习人教版·物理另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发．故正确选项为A、C、D.注意用11eV的光子照射和用11eV的电子碰撞其结果是不同的，因为用11eV的电子碰撞后其动能可能部分地被原子吸收，吸收的能量刚好等于基态与某个激发态能级之差，就可使氢原子激发．答案：ACD高三总复习人教版·物理题型一原子的核式结构模型[例1]卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在C．电子是原子的组成部分D．原子核是由质子和中子组成的高三总复习人教版·物理[解析]英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数α粒子发生较大的偏转．α粒子散射实验并不涉及原子核内的结构．查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现了质子，选A.电子是汤姆孙发现的，C不正确．[答案]A高三总复习人教版·物理题后反思汤姆孙研究阴极射线发现电子说明原子是可分的，电子是原子的组成部分．卢瑟福通过α粒子散射实验说明了原子的结构是核式结构，并不能说明原子核由质子和中子组成．在贝克勒尔发现了天然放射现象后人们才认识到原子核也是可分的．高三总复习人教版·物理变式1—1二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，图5是()图5