2019-2020学年高中物理 核心素养提升18课件 新人教版选修3-5

第十八章原子结构核心素养整合提升1知识脉络构建2素养整合提升3触及高考演练知识脉络构建原子结构电子的发现阴极射线：高速电子流汤姆孙发现电子：揭示原子有复杂结构α粒子散射实验绝大多数α粒子不改变运动方向少数α粒子发生偏转极少数α粒子发生大角度偏转，甚至被反弹核式结构模型原子核：集中了全部正电荷和几乎全部质量电子：绕原子核高速旋转内部相当空旷成功解释了α粒子散射实验，不能解释氢光谱原子的核式结构原子结构氢原子光谱光谱吸收光谱发射光谱连续光谱明线光谱巴耳末公式1λ＝R122－1n2n＝3，4，…两个基本假设定态假设和轨道量子化频率条件：能级跃迁：hν＝Em－En成功解释了氢原子光谱氢原子能量量子化：En＝1n2E1，n＝1，2，3，…发射光谱：hν＝Em－Enmn吸收光谱：hν＝Em－Enmn弗兰克—赫兹实验：验证原子能量量子化局限性：不能解释复杂原子的光谱玻尔的原子模型素养整合提升一、原子核式结构模型1．α粒子散射实验(1)实验装置：如下图所示。(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孙的原子模型解释，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”。2．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。3．核式结构学说(1)核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核内，电子绕核运转。(2)电子由离核近的轨道跃迁到离核远的轨道，能量增加，电势能增加，动能减少，受到的库仑力变小。典例1(多选)(2019·福建三明市高三模拟)如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等，以下说法正确的是()A．α粒子散射实验说明了原子具有核式结构B．大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据的空间很小C．α粒子经过a、c两点时电势能相等D．根据α粒子散射实验可以估算原子的大小ABC解题指导：根据α粒子散射实验现象和原子的核式结构模型解答。解析：α粒子散射实验说明了原子具有核式结构，故A正确；大多数a粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，说明带正电的原子核占据的空间很小，故B正确；a、c两点距金原子核的距离相等，则α粒子经过a、c两点时电势能相等，故C正确；根据α粒子散射实验不可以估算原子的大小，D错误。二、氢原子光谱问题1．氢原子的能级图(1)能级图如图所示：(2)能级图中相关量意义的说明相关量表示意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.40…”表示氢原子的能级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，原子跃迁的条件为hν＝Em－En2．氢原子的能级跃迁(1)氢原子的能级原子各能级的关系为：En＝E1n2(n为量子数，n＝1,2,3，…)对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6eV。(2)氢原子的能级跃迁能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：高能级Em辐射光子hν＝Em－En吸收光子hν＝Em－En低能级En。典例2如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是()A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易发生衍射现象D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应解题指导：根据氢原子能级跃迁规律分析求解。D解析：处于n＝4能级的氢原子能发射nn－12＝6种频率的光，故A错误；核外电子从高能级n向低能级m跃迁时，辐射的光子能量ΔE＝En－Em＝hν故能级差越大，光子的能量也越大，即光子的频率越大根据ν＝cλ可知频率越大，波长越小又波长越大，越易发生明显的干涉和衍射现象。由图可知当核外电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，波长最大，故最易发生衍射现象，故B、C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为ΔE＝(－3.4)eV－(－13.6)eV＝10.2eV，大于6.34eV，能使该金属发生光电效应，故D正确。触及高考演练从近几年高考试题看，本章的考查重点是α粒子散射实验、玻尔理论、氢原子光谱及氢原子的能级结构，有时单独考查，有时与其他知识综合考查。考查形式有选择题、填空题。一、考题真题探析(2018·天津卷，5)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定()A．Hα对应的前后能级之差最小B．同一介质对Hα的折射率最大C．同一介质中Hδ的传播速度最大D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能A例题解析：A对：根据E＝hν＝hcλ，波长越长，光子的频率越低，由Em－En＝hν，知Hα对应的两能级之差最小；B错：光在同一介质中传播，频率越高，折射率越大，故Hδ的折射率最大，Hα的折射率最小；C错：根据n＝cv得v＝cn，则折射率越大，传播速度越小，故在同一介质中Hδ的传播速度最小；D错：光的频率越高，越容易发生光电效应，由于Hβ的频率小于Hγ的频率，Hγ能使某一金属发生光电效应，而Hβ则不一定能。二、临场真题练兵1．(2019·全国卷Ⅰ，14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.51eV解析：因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即选项A正确。A2.(多选)(2019·浙江卷，14)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。则(下列表述中，下标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量)()A．这两束光的光子的动量p1p2B．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1C2C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压Uc1Uc2D．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2能级时产生，则相应激发态的电离能ΔE1ΔE2BD解析：根据干涉条纹间距Δx＝ldλ可知，λ1λ2，结合p＝hλ，故p1p2，A错误；由于波长较长的光，折射率和频率较小，故n1n2，ν1ν2，由于sinC＝1n，故C1C2，B正确；根据光电效应知识，eUc＝hν－W0，故Uc1Uc2，故C错误；根据氢原子能级跃迁知识，hν＝Em－En可知，发出频率较小的光的氢原子激发态能级较低，相应的电离能较大，故ΔE1ΔE2，故D正确。3．(多选)(2018·浙江卷，15)氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是(可见光的波长范围4.0×10－7～7.6×10－7m，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×108m/s)()A．氢原子从高能级跃迁到基态时会辐射γ射线B．氢原子处在n＝4能级，会辐射可见光C．氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应D．氢原子从高能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89eVBC解析：γ射线是原子核通过衰变产生的高能电磁波，与核外电子无关，则选项A错误；E＝hν＝hcλ，可得可见光光子的能量范围为1.63～3.09eV，由题图可知从n＝4能级跃迁到n＝2能级，E4－E2＝2.55eV，处在可见光光子的能量范围内，则选项B正确；从高能级向n＝3能级跃迁时辐射出光子的最大能量为ΔE＝1.51eV1.63eV，属于红外线，具有热效应，则选项C正确；传播速度越小，折射率越大，光子频率越大，能量越大，而从高能级向n＝2能级跃迁时辐射出光子的最大能量为3.4eV，则选项D错误。