2013届高三物理一轮复习课件(粤教版)：第12章 第1节 原子结构

第1节原子结构【例1】(单选)在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图1212所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对α粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是()A．一定在①区域B．可能在②区域C．可能在③区域D．一定在④区域汤姆生和卢瑟福的原子结构模型图1212【解析】α粒子与原子核都带正电，存在互相排斥的静电力，根据力与运动的关系知，原子核应处在原来运动方向的延长线的上方，也应处在末位置运动方向的反向延长线的上方，故该原子核的位置一定在①区域．【答案】A【点评】卢瑟福提出的原子核式结构正是建立在α粒子散射实验的基础上的．绝大多数α粒子不发生偏转，这说明原子的内部空旷．少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°，这是α粒子与带正电原子核的库仑斥力的作用，这说明原子中正电荷都集中在一个很小的区域内．【例2】氢原子放出一个光子后，根据玻尔理论，氢原子的()A．电子绕核旋转的半径增大B．电子的动能增大C．氢原子的电势能增大D．原子的能级值增大玻尔原子模型能级2222212.2BkevkmEmvrrker由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小．另外由经典电磁理论，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力：，所以可见，电子运动半径越小，其动能越大．再结合能量转化与守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减少，只有选【解析】项正确．【答案】B222ekrvmr玻尔原子模型中保留了卢瑟福的核式结构理论，电子在可能的轨道上运动时，遵循经典力学理论，尽管是做变速运动，但它并不释放能量．关键要掌握电子动能、电子电势能大小变化的判别方法，知道氢原子的能量与电子动能、电子电势能之间的【点评】关系及关系式的应用．11020.52813.610meV.nrnEn已知氢原子基态的电子轨道半径为，量子【例3能】数为的级值为图1213(1)求电子在基态轨道上运动时的动能．(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态．画一能级图，在图1213上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长．(其中静电力恒量k=9.0×109N•m2/C2，电子电量e=1.6×10-19C，普朗克恒量h=6.63×10-34J•s，真空中光速c=3.0×108m/s)．221113.613.6eVeV13.6eV113.6eV2nknnEnEE电子在基态轨道中运动时量子数，其动能为由于动能不为负值所以作能级图如图，可能发出两条【错解】光谱线．322232328341932313.6eV3.4eV213.6eV1.51eV33106.6310m[1.51(3.4)1.610]6.62EEEEChEEchEE由于能级差最小的两能级间跃迁产生的光谱线波长最短，所以时所产生的光谱线为所求，其中由及所以710m21121111111111111113.61eV2113.6eV.213.6eV.kkpkpkpkkkEmvnEEEEEEEEEEEEEE动能的计算错误主要是不理解能级的能量值的物理意义，因而把电子在基态轨道上运动时动能与时的能级值等同起来，得到的结果．其实表示电子处于基态轨道上的能量，它包括电势能和动能计算表明，所以，虽然错解中数值正确，但【错解原因】理解是错误的．(2)错解中的图对能级图的基本要求不清楚．(3)不少学生把能级图上表示能级间能量差的长度线看成与谱线波长成正比了．2211211291922110118119.010(1.610)J2220.528102.1810J13.6eVkmvkevmrrkeEmvr设电子的质量为，电子在基态轨道上的速率为，根据牛顿第二定律和库仑定律有所正确】以【解答(2)当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线．如图所示．31348193173.6.6310310m[1.5(13.6)]1.6101.0310m.EEhcEE与波长最短的一条光谱线对应的能级差为【例4】(单选)(广东卷)如图1214所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4题型一氢原子能级结构、能级公式图1214【解析】原子A由n=2的激发态向基态跃迁的路径只能是n2⇒n1，辐射出1种频率的光子，原子B由n=3的激发态向低能级跃迁的路径有n3⇒n2、n2⇒n1或n3⇒n1，故共能发出三种能量的光子，选项A错误、B正确．原子只能吸收两能级差的能量而发生跃迁，选项C、D错误．【答案】B12311123123411(1)231.2nnnnnnnnnnnNnnnnn如果氢原子处于高能级时，对应量子数为，则凡有可能向量子数为、、诸能级跃迁，共可形成条谱线，而跃迁至的氢原子又可向、诸能级跃迁，共可形成条谱线，同理还可形成、条谱线，对以上结果归纳求和，则可形成的谱线总数为：【思维拓展】跟踪训练1图中1215所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV.下列说法正确的是()图1215A．大量处在n3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时，发出的光有一部分是可见光B．大量处在n=3能级的氢原子向n=2能级跃迁时，发出的光是紫外线C．大量处在n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时，发出的光都应具有显著的热效应D．处在n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离答案：D【解析】在n3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时，发出的光子能量最大为1.51eV，小于可见光的光子能量，A错误；在n=3的氢原子向n=2能级跃迁时，发出的光子能量是1.89eV，小于紫光的能量3.11eV，不是紫外线，B错；在n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时，发出的光子能量是12.09eV，大于紫光的能量3.11eV，而红外线才具有显著的热效应，C错误；处在n=3能级的氢原子要发生电离需要吸收大于1.51eV的能量，而紫外线的光子能量的最小值大于3.11eV，所以所有紫外线都能使它发生电离，D正确．1.(单选)(2009•上海卷)放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()A．α射线，β射线，γ射线B．γ射线，β射线，α射线C．γ射线，α射线，β射线D．β射线，α射线，γ射线B2.(双选)(2009•全国卷Ⅱ)氢原子的部分能级如图1216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AD图1216【解析】本题考查玻尔的原理理论．从高能级向n=1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为10.20eV，不在1.62eV到3.11eV之间，A正确．已知可见光光子能量在1.62eV到3.11eV之间，从高能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量最大值为3.40eV，B错．从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光低，C错．从n=3到n=2的过程中释放的光的能量等于1.89eV，介于1.62eV到3.11eV之间，所以是可见光，D对．3.(双选)(广东卷)有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关BC【解析】氢原子的发射光谱是不连续的，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子发射出的光子能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν=Em-En，故选项D错误．4.(双选)(2011•江门市)下列说法中正确的是()A．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，放出光子B．目前，核电站是利用原子核聚变发电的C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子所产生的D．将放射性物质进行高温处理，将减弱其放射性AC5.(单选)根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径()A．可以根据库仑定律和圆周运动规律求解B．可以在某一范围内取任意值C．可以取一系列不连续的任意值D．是一系列不连续的特定值D【解析】根据玻尔引入的量子理论可知，电子所在的轨道半径是一定的，每个轨道上的能量是特定的，且能量不是连续的，故D对．