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第3课时原子结构能级课前考点自清一、原子结构1．汤姆孙原子模型(“枣糕”模型)(1)研究阴极射线用测定粒子比荷的方法发现了电子．电子的发现证明了原子是可分的．(2)汤姆孙原子模型：原子里面带的物质均匀分布在整个原子球体中，而则一粒粒镶嵌在球内．汤姆孙正电荷带负电的电子2．原子的核式结构模型(1)卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图1所示)C1778图1主要由α粒子源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几部分组成，荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子．(2)α粒子散射实验现象：多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，数α粒子甚至被反弹回来．(3)卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个，叫原子核，原子的所有和几乎所有都集中在原子核里，带负电的在核外绕核旋转．(4)由α粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级为m，而原子半径的数量级为m.(5)原子核的组成：原子核是由和组成的，原子核的电荷数等于核内的数．绝大少数极少很小的核正电荷质量电子10－1510－10质子中子质子二、玻尔理论、能级1．玻尔原子模型(1)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动,电子绕核运动的可能轨道是的．(2)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是的，不向外辐射能量．(3)跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要或一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的，即hν＝.不连续不连续稳定吸收放出能量差E2－E12．能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的叫能级．3．基态和激发态：原子能量的状态叫基态，其他能量(相对于基态)较高的状态叫激发态．4．量子数：现代物理学认为原子的可能状态是的，各状态可用正整数1,2,3，…表示，叫做量子数，一般用n表示．5．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子半径公式rn＝r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，也称为玻尔半径，r1＝m.(2)氢原子能级公式En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为氢原子基态的能量值，E1＝eV.能量值最低不连续n20.53×10－10－13.61n2核心考点突破考点氢原子能级图及原子跃迁的理解1．氢原子的能级图(如图2所示)C1779图2(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，－3.40…”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：hν＝Em－En.特别提醒能级越高，量子数越大，轨道半径越大，电子的动能越小，但原子的能量肯定随能级的升高而变大．2．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．(3)原子跃迁条件hν＝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E≥13.6eV，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．特别提醒原子跃迁发出的光谱线条数N＝C2n＝n(n－1)2，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径．【高考佐证】(2010·新课标·34(1))用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3ν2ν1，则()A．ν0ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3D.1ν1＝1ν2＋1ν3解析大量处于基态的氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n＝3的能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，hν3＝hν2＋hν1，解得：ν3＝ν2＋ν1，选项B正确．B题型互动探究题型一原子结构与α粒子散射实验例1(1)卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()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)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象．下列图中，O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的是图中的()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C对，A、B错．玻尔发现了电子轨道量子化，D错．(2)α粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，当正好击中原子核时，由于α粒子质量较小而反弹．答案(1)C(2)B即学即练1在卢瑟福进行的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的原因是()A．正电荷在原子中是均匀分布的B．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上C．原子中存在着带负电的电子D．原子核中有中子存在解析α粒子散射实验证明了原子的核式结构模型，卢瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域，才有可能出现α粒子的大角度散射，选项B正确．B题型二氢原子能级跃迁与光谱线问题例2(2009·全国Ⅱ)C1781图3氢原子的部分能级如图3所示．已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子()A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光解析从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光子的能量最小值ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV3.11eV，由λ＝hcΔE可判断，从高能级向n＝1能级跃迁时最大波长比可见光的最小波长还小，因此选项A正确；从高能级向n＝2能级跃迁发出的光子的能量范围是1.89eV≤ΔE≤3.40eV，与可见光光子的能量有重合的范围，因此，从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光有可见光，也有非可见光，故选项B错误；从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光子能量范围为：0.66eV≤ΔE≤1.51eV，比可见光光子的能量小，由ΔE＝hν可知这些光子的频率均小于可见光的频率，故选项C错误；从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出光子的能量为ΔE＝1.89eV，在可见光光子能量范围之内，故选项D正确．答案AD方法归纳(1)一个原子和一群原子的区别：一个氢原子只有一个电子，在某个时刻电子只能在某一个可能的轨道上，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，可能情况有多种C2n＝n(n－1)2，但产生的跃迁只有一种．而如果是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况．(2)入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差．两种情况有所区别．即学即练2氢原子的能级如图4所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV，下列说法错误的是()C1782图4A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝2能级的氢原子被hν＝3.11eV的可见光照射时，能发生电离解析要使处于n＝3能级的氢原子电离，其光子的能量必须大于或等于1.51eV，而紫外线光子的能量大于3.11eV，故能使n＝3能级的氢原子电离，A选项正确；大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光子在红外线区，故具有显著的热效应，B选项正确；大量氢原子由n＝4能级向低能级跃迁时，可能放出6种不同频率的光，由以上分析可知，C选项正确；要使n＝2能级的氢原子电离至少需要3.40eV的能量，而hν＝3.11eV的能量小于3.40eV，所以不能使它电离，D选项错误．答案D题型三与能级有关的能量计算例3氢原子基态能量E1＝－13.6eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0.53×10－10m．求氢原子处于n＝4激发态时；(1)原子系统具有的能量；(2)电子在n＝4轨道上运动的动能；(已知能量关系En＝1n2E1，半径关系rn＝n2r1，k＝9.0×109N·m2/C2，e＝1.6×10－19C)(3)若要使处于n＝2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)解析(1)由En＝1n2E1得E4＝E142＝－0.85eV.(2)因为rn＝n2r1，所以r4＝42r1，由圆周运动知识得ke2r24＝mv2r4所以Ek4＝12mv2＝ke232r1＝9.0×109×(1.6×10－19)232×0.53×10－10J≈0.85eV.(3)要使处于n＝2能级的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：hν＝0－E14，得ν≈8.21×1014Hz.答案(1)－0.85eV(2)0.85eV(3)8.21×1014Hz即学即练3根据玻尔理论，在氢原子中量子数n越大，则()A．电子轨道半径越小B．核外电子速度越小C．原子能级能量越小D．原子的电势能越小解析根据玻尔理论知rn＝n2r1，所以n越大，电子轨道半径越大，故A错误；由En＝E1/n2，E1＝－13.6eV，可得n越大，原子能级的能量越大，C错误；电子从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，克服静电力做功，电势能增加，故D错；氢原子中，核外电子受到核对它的库仑力作为向心力，所以ke2r2n＝mv2nrn，得vn＝ke2mrn＝ke2mn2r1，由此可见，n越大，电子运动的速度越小，B正确．B随堂巩固训练1．关于原子和原子核，下列说法正确的有()A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一C．放射性元素发生衰变时，由于质量亏损，质量数不守恒D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的解析汤姆孙发现电子后提出了原子的“枣糕式”模型，选项A错误；核反应电荷数与质量数均守恒，选项C错误；玻尔理论是关于原子结构的一种理论，它成功解释了氢原子光谱不连续的特点，解释了当时出现的“紫外灾难”，玻尔理论的提出，打破了经典物理学一统天下的局面，开创了揭示微观世界基本特征的前景，为量子理论体系奠定了基础，这是一种了不起的创举，选项D错误．答案B2．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条不连续的亮线，其原因是()A．氢原子只有几个能级B．氢原子只能发出平行光C．氢原子有时发光，有时不发光D．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的D3．氢原子从能级A跃迁到能级B吸收频率为ν1的光子，从能级A跃迁到能级C释放频率为ν2的光子，若ν2＞ν1，则当它从能级B跃迁到能级C时，将________(填选项前的字母)A．放出频率为ν2－ν1的光子B．放出频率为ν2＋ν1的光子C．吸收频率为ν2－ν1的光子D．吸收频率为ν2＋ν1的光子C4．如图5所示，C1784图5氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子．(1)问最少要给基态的氢原子提供多