1、第2节 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 2卢瑟福的粒子散射实验 (1)卢瑟福的粒子散射实验装置(如下图所示),汤姆孙,正电荷,带负电的电子,一、原子结构,(2)粒子散射实验现象： 多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进， 粒子穿过金箔后发生了大角度偏转， 数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由粒子散射实验
2、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.,绝大,少数,极少,很小的核,正电荷,质量,电子,1015,1010,1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 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,不连续,不连续,稳定,二、玻尔理论、能级,(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h . 2能级：在玻尔
3、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,吸收,放出,能级差,EmEn,能量值,最低,不连续,能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态 横线左端的数字“1、2、3”表示量子数，右端的数字“13.6，3.4，”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，原子跃迁条件为：hEmEn. 特别提醒：能级越高，量子数越大，轨道半径越大，电
4、子的动能越小，电势能越大，原子的能量肯定随能级的升高而变大,例1 英国物理学家卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，获得了重要发现： (1)关于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,题型一：原子结构与粒子散射实验,(2)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粒子的运动轨迹的是图中的( ),【解析】(1)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
5、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)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，由于粒子质量较小而反弹,【答案】(1)C (2)B,题型二：氢原子能级跃迁问题,例2 如图所示为氢原子的能级图， 现让一束单色光照射到大量处于基 态(量子数n1)的氢原子上，受激 的氢原子能自发地发出三种不同频 率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( ) A13.6 eV B12.75 eV C10.2 eV D12.09 eV,【解析】多个氢原子处于n3能级对应的激发态，才能够正好产生三种不同频率的光子，分别为h1E3 E2，
6、h2E2E1，h3E3E1. 故吸收光子能量必满足hE3E112.09 eV.D正确. 原子的跃迁条件hEmEn对于吸收光子和放出光子都适用. 注意若吸收光子的能量大于基态电离能时，原子对光子的吸收不再受能级差限制.,【答案】D,【方法与知识感悟】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hE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h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hE
7、mEn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E13.6 eV，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,2量子数为n的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定方法： 如果是一个氢原子，向低能级跃迁时辐射光子的可能频率种数为(n1) 如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子种数为Cn2.,1在卢瑟福进行的粒子散射实验中，少数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,B,【解析】粒子
8、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，才有可能出现粒子的大角度散射，选项B正确,2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,B,3氢原子的能级如图所示，已 知可见光的光子能量范围约为 1.62 eV3.11 eV，下列说法错 误的是( ),D,A处于n3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n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 C大量处于n4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
9、处于n2能级的氢原子被h3.11 eV的可见光照射时，能发生电离,【解析】要使处于n3能级的氢原子电离，其光子的能量必须大于或等于1.51 eV，而紫外线光子的能量大于3.11 eV，故能使n3能级的氢原子电离，A选项正确；大量氢原子从高能级向n3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n4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n2能级的氢原子电离至少需要3.40 eV的能量，而h3.11 eV的能量小于3.40 eV，所以不能使它电离，D选项错误,B,【解析】大量处于基态的氢原子吸收光子后，再发生跃迁时只有三种频率
10、的光谱，这说明是从n3的能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，h3h2h1，解得：321，选项B正确,【夯实基础】,1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氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关,BC,【解析】氢原子光谱是线状光谱，说明了氢原子的能级是分立的，故A错误，B、C正确；氢原子的光谱线频率可由hEmEn求得，可见D错误.,2卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是( ) A粒子的散射实验 B对阴极射线的研究 C天然放射性现象的发现 D质子的发现,A,【解析】卢瑟福根据
11、粒子的散射实验的结果，提出原子的核式结构模型，所以A项正确,3图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述错误的是( ),C,A在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时少得多 C在C、D位置时，屏上观察不到闪光 D在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少,【解析】因为绝大多数粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进，在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，A正确；因为少数粒子穿过金箔后发生了较大偏转，在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在
12、A位置时要少得多，B正确；粒子散射实验中有极少数粒子偏转角超过90，甚至接近180，在C、D位置仍能观察到闪光，但次数极少. 所以C错误，D正确.,4可见光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范围内若氢原子从高能级跃迁到低能 级，根据氢原子能级图(如图所示) 可判断( ) A从n4能级跃迁到n3能级时 发出可见光 B从n3能级跃迁到n2能级时发出可见光 C从n2能级跃迁到n1能级时发出可见光 D从n4能级跃迁到n1能级时发出可见光,B,【解析】发出可见光的能量h|EnEm|，故四个选项中，只有B选项的能级差在1.61 eV3.10 eV范围内，故B选项正确,【能力提升】 5氢原子从能级B跃
13、迁到能级A吸收频率为1的光子，从能级A跃迁到能级C释放频率为2的光子，若21，则当它从能级B跃迁到能级C时，将( ) A放出频率为21的光子 B放出频率为21的光子 C吸收频率为21的光子 D吸收频率为21的光子,A,【解析】依题意可知：h1EAEB，h2EAEC ，由于21可知EBEC；当它从能级B跃迁到能级C时应释放频率为光子：hEBEC h2h1 ，即21，A正确,6如图所示为氢原子的能级图 用大量能量为12.76 eV的光子照 射一群处于基态的氢原子，氢原 子发射出不同波长的光波，其中 最多包含有几种不同波长的光波 ( ) A3种 B4种 C5种 D6种,D,7氢原子部分能级的示意图如
14、图所示不同色光的光子能量如下表所示,处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为( ) A红、蓝靛 B黄、绿 C红、紫 D蓝靛、紫,A,【解析】原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序，结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光并且属于红光和蓝靛的范围，故答案为A.,8氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为E154.4 eV，氦离子的能级示意图如图所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( ) A42.8 eV(光子)
15、 B43.2 eV(电子) C41.0 eV(电子) D54.4 eV(光子),A,【解析】离子吸收光子发生能级跃迁时，光子的能量必须满足能级差值；而吸收电子的能量发生跃迁时，只需电子的能量大于能级差值即可，故选A.,9大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在 激发态能级上，其中最高能级的能量值是 eV(基态能量为13.6 eV),2,1.51,【解析】由于氢原子基态能量为13.6 eV ，跃迁时放出三种不同能量的光子，应在2激发态由能级跃迁公式hEmEn可知最高能级的能量值为12
16、.0913.61.51 eV.,10如图所示为氢原子最低的四 个能级，当氢原子在这些能级间 跃迁时： (1)有可能放出几种能量的光子？ (2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？,【开拓视野】 11氢原子基态能量E113.6 eV，电子绕核做圆周运动的半径r10.531010 m求氢原子处于n4的激发态时； (1)原子系统具有的能量； (2)电子在n4轨道上运动的动能；(已知能量关系EnE1，半径关系rnn2r1，k9.0109 Nm2/C2，e1.61019 C) (3)若要使处于n2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h6.631034 Js),
