（名師導(dǎo)學(xué)）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十二章 第2節(jié) 原子結(jié)構(gòu)教學(xué)案 新人教版

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1、第2節(jié)　原子結(jié)構(gòu) ?　　【p212】 夯實基礎(chǔ)　 1．湯姆孫原子模型(“棗糕模型”) (1)__湯姆孫__研究陰極射線時用測定粒子比荷的方法發(fā)現(xiàn)了電子．電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可分的． (2)湯姆孫原子模型：原子里面帶__正電荷__的物質(zhì)均勻分布在整個原子球體中，而__帶負(fù)電的電子__則一粒粒鑲嵌在球內(nèi)． 2．盧瑟福的α粒子散射實驗 (1)盧瑟福的α粒子散射實驗裝置(如下圖所示) (2)α粒子散射實驗現(xiàn)象：__絕大__多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，__少數(shù)__α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，__極少數(shù)__α粒子甚至被反彈回來． 3．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模

2、型 在原子的中心有一個__很小的核__，叫原子核，原子的所有__正電荷__和幾乎所有__質(zhì)量__都集中在原子核里，帶負(fù)電的__電子__在核外繞核旋轉(zhuǎn)．由α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核半徑的數(shù)量級為__10－15__m，而原子半徑的數(shù)量級為__10－10__ m. 考點突破　　 例1在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)的α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，其原因是(　　) A．原子是可再分的 B．正電荷在原子中是均勻分布的 C．原子中有帶負(fù)電的電子，電子會對粒子有引力作用 D．原子的正電荷和絕大部分的質(zhì)量都集中在一個很小的核上 【解析】陰極射線的發(fā)現(xiàn)，說明原子是可再分的，故A錯誤；α粒子和

3、電子之間有相互作用力，它們接近時就有庫侖引力作用，但由于電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的，α粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一?；覊m碰撞一樣，α粒子質(zhì)量大，其運動方向幾乎不改變．α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明三點：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較多的正電荷；三是這一粒子的體積很小，故D正確，B、C錯誤． 【答案】D 針對訓(xùn)練　 1．電子的發(fā)現(xiàn)是人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識上的一次飛躍，開創(chuàng)了探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的新時代，下列關(guān)于電子的說法正確的是(A) A．J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)發(fā)出的陰極射線的粒子比荷相同，這種粒子即電子 B．β衰變時原子核會釋放電子，說明電子也

4、是原子核的組成部分 C．電子穿過晶體時會產(chǎn)生衍射圖樣，這證明了電子具有粒子性 D．β射線是高速電子流，它的穿透能力比α射線和γ射線都弱 【解析】J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)發(fā)出的陰極射線的粒子比荷相同，這種粒子即電子，故A正確；衰變現(xiàn)象是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時釋放一個電子，故B錯誤；電子穿過晶體時會產(chǎn)生衍射圖樣，這證明了電子具有波動性，故C錯誤；β射線是高速電子流，它的穿透能力比γ射線弱，比α射線強，故D錯誤． 2．(多選)盧瑟福在研究α粒子轟擊金箔的實驗中，根據(jù)實驗現(xiàn)象提出原子的核式結(jié)構(gòu)．以下說法正確的是(ACD) A．按照湯姆孫模型，α粒子轟擊金箔時不可能發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，

5、因而盧瑟福否定了湯姆孫的“棗糕模型”，提出新的原子結(jié)構(gòu)模型 B．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔運動方向不變，說明原子所帶正電是均勻分布的 C．α粒子轟擊金箔實驗現(xiàn)象說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 D．盧瑟福通過α粒子轟擊金箔的實驗的數(shù)據(jù)記錄估算出原子核的大小 【解析】盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗現(xiàn)象，否定了湯姆孫的“棗糕模型”，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，A正確；實驗中絕大多數(shù)α粒子穿過金箔運動方向不變，說明原子內(nèi)部大部分是空的，所帶正電集中在很小的空間，并且能估計出原子核大小的數(shù)量級，B錯誤；C、D正確． ?　　【p212】 夯實基礎(chǔ)　 1．玻爾原子模型 (1)軌道假設(shè)：

6、原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的可能軌道是__不連續(xù)__的． (2)定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是__不連續(xù)__的．這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個定態(tài)中，原子是__穩(wěn)定__的，不向外輻射能量． (3)躍遷假設(shè)：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要__吸收__或__放出__一定頻率的光子，光子的能量等于兩個狀態(tài)的__能級差__，即hν＝__Em－En__(m>n)． 2．幾個名詞解釋 (1)能級：在玻爾理論中，原子各個可能狀態(tài)的__能量值__叫能級．能級是電子動能與電勢能之和，

7、電子的電勢能是個負(fù)值，其絕對值是動能的2倍． (2)基態(tài)和激發(fā)態(tài)：原子能量__最低__的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量(相對于基態(tài))較高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)． (3)量子數(shù)：現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為原子的可能狀態(tài)是__不連續(xù)__的，各狀態(tài)可用正整數(shù)1，2，3，…表示，叫做量子數(shù)，一般用n表示． 3．氫原子的能級和核外電子的軌道半徑 (1) 氫原子的能級公式：En＝__E1__(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，E1＝__－13.6__eV__． (2)氫原子核外電子的軌道半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，r1＝0.53×10－10 m. (3)氫原子能

8、級圖(如圖) ①能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)． ②橫線左端的數(shù)字“1、2、3…”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能級． ③相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級差，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越?。? ④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，放出光子的能量：__hν＝Em－En(m>n)__． 4．氫原子的光譜 (1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按__波長__展開，獲得光的__波長__(頻率)和強度分布的記錄，即光譜． (2)光譜分類 光譜}——原子的__特征譜線__ (3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在__可見

9、光區(qū)域__的譜線，其波長公式＝R(－)(n＝3，4，5，……，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)． (4)光譜分析：利用每種原子都有自己的__特征譜線__可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分且靈敏度很高，在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有重大的意義． 考點突破　　 例2 氫原子能級如圖所示，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm.以下判斷正確的是(　　) A．氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656 nm B．用動能為10.5 eV的入射電子碰撞激發(fā)，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級 C．用波長為656 nm的光照射，能使處在

10、n＝2能級的氫原子電離 D．一個處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線 【解析】從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm，而當(dāng)從n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射能量更多，則頻率更高，由c＝λν知波長小于656 nm，故A錯誤；當(dāng)從n＝1躍遷到n＝2的能級，吸收的能量：ΔE12＝E2－E1＝10.2 eV，而用入射電子碰撞轉(zhuǎn)移能量可能會損失或部分轉(zhuǎn)移，則10.5 eV>10.2 eV，可以使電子躍遷，故B正確；波長為656 nm的光對應(yīng)的能量為ΔE32＝E3－E2＝1.89 eV，而n＝2能級的電子電離需要的電離能為ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV>1.89 e

11、V，故光的能量不夠電離，C錯誤；一個氫原子只有一個電子能躍遷，同一時刻只能出現(xiàn)在一個能級上，則逐級向下躍遷產(chǎn)生的譜線最多為2種，D錯誤；故選B. 【答案】B 【小結(jié)】1.對原子躍遷條件的理解 (1)原子從低能級向高能級躍遷，吸收一定能量的光子，當(dāng)一個光子的能量滿足hν＝E末－E初時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當(dāng)光子能量hν大于或小于E末－E初時都不能被原子吸收． (2)原子從高能級向低能級躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰好等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差． (3)原子躍遷條件hν＝Em－En(m>n)只適用于光子和原子作用而使原子在

12、各定態(tài)之間躍遷的情況．對于光子和處于基態(tài)的氫原子作用而使氫原子電離時，只要入射光子的能量E≥13.6 eV，氫原子就能吸收．對于實物粒子與原子作用使原子激發(fā)時，粒子能量大于能級差即可． 2．量子數(shù)為n的氫原子躍遷時輻射光子種數(shù)的判定方法： 如果是一個氫原子，向低能級躍遷時輻射光子的最多頻率種數(shù)為(n－1)． 如果是一群氫原子，向低能級躍遷時可能發(fā)出的光子種數(shù)為C. 求解方法→ 針對訓(xùn)練　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3．氫原子的能級圖如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62～3.11 eV.下列說法中正確的是(C) A．一個處于n＝3能級的氫原子向低能級

13、躍遷時，最多可能發(fā)出3種不同頻率的光 B．大量氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時，可能發(fā)出可見光 C．用一群處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，所發(fā)出的光照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉，則從金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能可能為9.60 eV D．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出5種不同頻率的光 【解析】一個處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可能發(fā)出2種不同頻率的光，即n＝3能級到n＝2能級，n＝2能級到n＝1能級，故A錯誤；氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時發(fā)出的光子能量小于1.51 eV，小于可見光的光子能量，故B錯誤；從n＝3躍遷到n＝1所發(fā)出的光

14、能量最大，光照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉，所發(fā)出的光電子的初動能最大，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得，Ekm＝hν－W0＝(E3－E1)－W0＝[－1.51－(－13.6)] eV－2.49 eV＝9.60 eV，故C正確；大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出C＝＝6種不同頻率的光，故D錯誤． 4．現(xiàn)有1 500個氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級上，若這些受激發(fā)的氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)是(假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的)(C) A．2 200 B．2 500 C．2 750 D．2

15、400 【解析】根據(jù)題中所給信息，處在量子數(shù)為4的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的，即向量子數(shù)為2、3的激發(fā)態(tài)和基態(tài)各躍遷1 500×＝500個，發(fā)出光子500×3＝1 500個；同理，處在量子數(shù)為3的激發(fā)態(tài)的500個氫原子躍遷到量子數(shù)為2的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的原子數(shù)都是500×＝250個，發(fā)出光子250×2＝500個；處在量子數(shù)為2的激發(fā)態(tài)的500＋250＝750個氫原子躍遷到基態(tài)的原子數(shù)是750×1＝750個，發(fā)出光子750個；所以在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)為n＝1 500＋500＋750＝2 750個，C正確． 5．氫原子輻射出一個光子后，根據(jù)玻爾理論

16、，下列判斷正確的是(D) A．電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道半徑增大 B．電子的動能減少 C．氫原子的電勢能增大 D．氫原子的能級減小 【解析】氫原子輻射出光子后，由高能級躍遷到低能級，軌道半徑減小，電子動能增大，此過程中庫侖力做正功，電勢能減?。瓺對． 考 點 集 訓(xùn)　【p347】 A組 1．在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看做靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是(C) 【解析】金的原子核帶正電，α粒子也帶正電，它們之間應(yīng)是斥力作用，根據(jù)庫侖定律，電荷之間的距離越小，斥力越大．再根據(jù)曲線運動的知識，斥力應(yīng)指向曲線的凹面的一

17、側(cè)，因此只有選項C正確． 2．下列敘述中符合物理學(xué)史的有(C) A．湯姆孫通過研究陰極射線實驗，發(fā)現(xiàn)了電子和質(zhì)子的存在 B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，證實了原子是可以再分的 C．美國物理學(xué)家密立根測出元電荷e的電荷量的實驗，是著名的“密立根油滴實驗”． D．玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 【解析】湯姆孫通過研究陰極射線實驗，發(fā)現(xiàn)了電子；盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，選項A錯誤；盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，得到了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，選項B錯誤；美國物理學(xué)家密立根用著名的“密立根油滴實驗”，測出了元電荷e的電荷量，選項C正確；玻爾建立了量子理論，成功解

18、釋了氫原子光譜；但其是建立在盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說之上得出的結(jié)論，D錯誤；故選C. 3．氫原子從能量為E的能級躍遷到能量為E′的能級時，輻射出波長為λ的光子．已知普朗克常量為h，光在真空中的速度為c.則E′等于(A) A．E－ B．E＋ C．E＋ D．E－ 【解析】由玻爾理論得：E－E′＝hν＝.所以E′＝E－h(huán)，A正確． 4．如圖所示，某原子的三個能級的能量分別為E1、E2和E3，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光，下列判斷正確的是(C) A．E1>E3>E2 B．E3－E2＝E2－E1 C．a(chǎn)光的頻率最小 D．c光的波長最長 【解析】結(jié)合題圖和電子躍遷時

19、發(fā)出的光子的能量為E＝Em－En可知Ec＝Ea＋Eb，能量差E3－E2等于光子a的能量，能量差E2－E1等于光子b的能量，能量差E3－E1等于光子c的能量，那么c對應(yīng)的能量最大，而a對應(yīng)的能量最小，即E1λ2>λ3)．則照射光光子的波長為(A) A．λ1 B．λ3 C．λ1－λ2 D．

20、λ2＋λ3 【解析】處于激發(fā)態(tài)的氫原子并不穩(wěn)定，能夠自發(fā)地向低能級躍遷并發(fā)射光子，氫原子只發(fā)出三種不同頻率的色光，知氫原子處于n＝3能級．所以某種單色光照射容器中大量處于n＝2能級的氫原子，氫原子躍遷到處于n＝3能級．氫原子吸收這種光子后，能發(fā)出波長分別為λ1、λ2、λ3的三種光子(λ1＞λ2＞λ3)．根據(jù)光子頻率ν＝，得光子波長越小，頻率越大．顯然從n＝3直接躍遷到n＝2能級時輻射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量E＝hν1，所以照射光光子的波長為λ1.故選A. 6．已知氫原子的基態(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝，其中n＝2，3，4，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，

21、能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為(C) A．－ B．－ C．－ D．－ 【解析】依題意可知第一激發(fā)態(tài)的能量為E2＝，要將其電離，需要的能量至少為ΔE＝0－E2＝hν，根據(jù)波長、頻率與波速的關(guān)系c＝νλ，聯(lián)立解得最大波長λ＝－，C正確． 7．(多選)如圖所示，氫原子在不同能級間發(fā)生a、b、c三種躍遷時，釋放光子的波長分別是λa、λb、λc，則下列說法正確的是(AD) A．從n＝3能級躍遷到n＝1能級時，釋放光子的波長可表示為λb＝ B．從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，電子的電勢能減小，氫原子的能量增加 C．用11 eV的電子碰撞處于基態(tài)的氫原子時，氫原子一定不會

22、發(fā)生躍遷 D．用12.09 eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子時，可以發(fā)出三種頻率的光 【解析】因為Em－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，所以h＝h＋h，得：λb＝，故A正確；從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，釋放能量，則電子的電勢能減小，動能增加，而氫原子的能量減小，故B錯誤；用11 eV的電子碰撞處于基態(tài)的氫原子時，電子可能將10.2 eV的能量轉(zhuǎn)移給氫原子，則原子可以從1能級躍遷到2能級，C錯誤；12.09 eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子時，氫原子能從n＝1能級躍遷到n＝3能級，在這些氫原子向基態(tài)躍遷的過程中，可以發(fā)出三種頻率的光，故D正確． B組 8．如圖所示是α粒子(氦

23、原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止．圖中所標(biāo)出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是(C) A．M點 B．N點 C．P點 D．Q點 【解析】α粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同．帶電粒子加速度方向沿相應(yīng)點與重金屬原子核連線指向曲線的凹側(cè)，故只有選項C正確． 9．已知氫原子基態(tài)能級E1，激發(fā)態(tài)能級En＝(n＝2，3，…)，普朗克常量為h，光速為c，則氫原子從n＝4向n＝2躍遷時發(fā)出光的波長為__－__；若此光恰好使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，一群處于n＝4能級的氫原子發(fā)出

24、的光中，共有__4__種頻率的光能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)． 【解析】根據(jù)玻爾理論可知，氫原子從n＝4向n＝2躍遷時發(fā)出光的波長：E4－E2＝，即－＝，解得λ＝－；除從n＝4向n＝2躍遷時發(fā)出光外，還有從4→1，3→1，2→1的躍遷放出的光子的能量都大于從4→2的躍遷時放出的光子的能量，故一群處于n＝4能級的氫原子發(fā)出的光中，共有4種頻率的光能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)． 10．一個運動的處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的處于基態(tài)的氫原子發(fā)生完全非彈性碰撞時，可使這兩個氫原子發(fā)生相同的能級躍遷，則運動的氫原子碰撞前的最小動能是多少？已知氫原子的電離能E＝13.6 eV. 【解析】由玻爾理論知兩基態(tài)氫原子碰撞時損失的動能的最小值必為氫原子從n＝1激發(fā)到n＝2能級的能量差ΔE＝E2－E1＝E，設(shè)碰前運動的氫原子最小速度為v0，初動能為Ek，碰后兩氫原子速度為v，由動量守恒mv0＝2mv，由能量守恒得：mv－·2m·v2＝2ΔE，即Ek＝2ΔE，得Ek＝4ΔE＝40.8 eV. - 8 -