高考物理专题综合复习9

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高考资源网 第十八章 原子结构 考试内容 要求 说明 ‎96.原子核式结构模型 Ⅰ ‎97.氢原子光谱 Ⅰ ‎98.原子的能级 Ⅰ 一、原子结构 ‎ 1．电子的发现：1897年，英国物理学家 汤姆生 发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕．‎ ‎2．原子的核式结构模型(卢瑟福的ɑ粒子散射实验)‎ 在原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在 原子核 上，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转．‎ 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，电子绕核运动的轨道是 量子化 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 量子化 的．这些不同的状态叫定态．在各个定态中，原子是 稳定 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 吸收 或 放出 一定频率的光子，该光子的能量等于两个状态的 能量差 ，即hν＝ Em–En .‎ ‎2．能级：在玻尔理论中，原子的各个可能状态对应的 能量值 叫能级．‎ ‎3．基态与激发态：能量 最低 的状态叫基态；其他能量状态叫激发态．‎ ‎4．量子数：现代物理学认为原子的可能状态是不连续的，各状态的标号1,2,3…叫做量子数，一般用n表示．‎ 三、原子光谱 ‎1．定义：稀薄气体放电所发出的光谱是 不连续 的，它只发出几种确定频率的光，因此光谱线是 分离 的，这种分立的线状谱叫原子光谱．‎ ‎2．形成的原因：不同原子的结构不同，能级不同，因此在辐射光子时，光子的 频率 不同．‎ ‎3.光谱分析：每种元素光谱中的谱线分布都与其他元素不同，因此我们可以通过对光谱的分析知道发光的是什么元素，利用光谱分析可以确定样品中的元素组成．‎ 四、氢原子的电子云 ‎1．定义：用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的 概率 ，画出图来，就像云雾一样．‎ ‎2．应用：通过 电子云 可以知道电子在原子核附近出现的概率．‎ 一、对氢原子能级的理解 ‎1．氢原子能级 对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0‎ ‎，即选取电子离核无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的．‎ 原子各能级的关系为：‎ 对于氢原子而言，基态能量：E1＝－13.6 eV.‎ 其他各激发态的能量为：‎ E2＝－3.4 eV，E3＝－1.51 eV……‎ ‎2．能级图 氢原子的能级图如图右所示．‎ 二、对氢原子跃迁的理解 ‎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时，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．当光子能量大于或等于13.6 eV时，‎ 也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．‎ 一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线的条数为 ‎4．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．‎ ‎5．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化 当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．‎ 特别提醒：原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差．原子电离时所吸收的光子的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值，即ΔE≥E∞－En.‎ ‎[例题]氢原子的能级如下图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV.下列说法错误的是(　　)‎ A．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＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光 解析：选D.大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，由N＝Cn2可知，共可发出6种频率的光，故选D，不选C，n＝3能级的能量为－1.51 eV，因紫外线能量大于1.51eV, 故紫外线可使处于n＝3能级的氢原子电离，故A项不选．从高能级跃迁到n＝3‎ 能级释放能量最多为1.51 eV＜1.62 eV，此光为红外线具有显著热效应，故B项不选．故选D.‎ 三、与玻尔理论有关的分析与计算 在氢原子中，电子绕核运动，可将电子运动的轨道看做半径为r的圆周，则原子核与电子之间的库仑力为电子做匀速圆周运动所需的向心力．有：‎ ‎1、电子速度 2、电子运动周期 ‎3、电子的动能 4、电子的电势能 ‎5．氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即 ‎6．系统的电势能变化根据库仑力做功来判断：靠近核，库仑力对电子做正功，系统电势能减小；远离核，库仑力对电子做负功，系统电势能增加．‎ ‎[例题]氢原子辐射出一个光子后(　　)‎ A．电子绕核旋转半径增大 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 解析：选B.放出光子后，原子能量减小，电子轨道半径减小，速度增大，动能增大，而电势能减小，故只有B正确．‎ ‎[例题](1)关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系，下列说法正确的是(　　)‎ A．卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆生的枣糕模型是错误的 B．卢瑟福认识到汤姆生“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论 C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性 D．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论 ‎(2)在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力而发生的．实验中即使‎1 mm厚的金箔也大约有3300层原子，但绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，只有少数发生了大角度偏转，这说明了什么？‎ ‎【解析】　(1)由于卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布，并非为了验证汤姆生模型是错误的，A错误；卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误而提出“核式结构”理论的，B错误；卢瑟福做了α粒子散射实验后，由实验现象提出了“核式结构”理论，C错误，D正确．‎ ‎(2)α粒子穿过金箔后绝大多数仍沿原来的方向前进，说明它们距正电荷部分较远，库仑力很小；尽管经过若干层原子，但靠近正电荷部分的机会很小，这说明原子内带正电荷部分在整个原子中占的空间非常小．‎ ‎【答案】　(1)D　(2)见解析 课时训练 ‎1． 关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)‎ A．汤姆生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 C．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路 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：选BC.‎ 卢瑟福通过α粒子散射实验设想原子内的正电荷集中在很小的核内，A错；玻尔理论有局限性，但不能说是错误的，D错；B、C说法是正确的．‎ ‎2. 仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，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 解析：选D.‎ 光谱中的亮线对应不同频率的光，“分离不连续亮线”对应着不同频率的光，B、C错．氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射不同能量的光子，并且满足E＝hν.能量不同，相应光子频率不同，体现在光谱上是一些连续的亮线，A错误D正确．‎ ‎3． 氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是(　　)‎ A．氢原子的能量增加 B．氢原子的能量减少 C．氢原子要吸收一定频率的光子 D．氢原子要放出一定频率的光子 解析：选BD.‎ 氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项BD正确．‎ ‎4． 当用具有1.87 eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时(　　)‎ A．氢原子不会吸收这个光子 B．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.36 eV C．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零 D．氢原子吸收该光子后不会被电离 解析：选B.‎ 当n＝3时，氢原子的能量E3＝-13.6/32eV＝－1.51 eV，所以处于n＝3激发态的氢原子的电离能是1.51 eV，当该原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离，电离后电子的动能是(1.87－1.51)eV＝0.36 eV.‎ ‎5． 汞原子的能级图如图15－2－6所示．现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上，汞原子只发出三种不同频率的单色光．那么，关于入射光的能量，下列说法正确的是(　　)‎ A．可能大于或等于7.7 eV B．可能大于或等于8.8 eV C．一定等于7.7 eV D．包含2.8 eV、4.9 eV、7.7 eV三种 解析：选C.‎ 由玻尔理论可知，轨道是量子化的，能级是不连续的，只能发射不连续的单色光．于是要想发出三个不同频率的光，只有从基态跃迁到轨道3上，其能级差为E3－E1＝7.7 eV，故应选C.‎ ‎6．用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子，停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：‎ ‎①hν1；②hν3；③h(ν1＋ν2)；④h(ν1＋ν2＋ν3)‎ 以上表示式中(　　)‎ A．只有①③正确　　　　　　　B．只有②正确 C．只有②③正确 D．只有④正确 解析：选C.‎ 容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明氢原子处于n＝3能级上．由玻尔理论可知：hν3＝E3－E1；hν2＝E2－E1，hν1＝E3－E2，且hν3＝hν1＋hν2，所以照射光能量可以表示为②或③，故选项C正确．‎ ‎7 氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328 μm，λ2＝3.39 μm.已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96 eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为(　　)‎ A．10.50 eV B．0.98 eV C．0.53 eV D．0.36 eV 解析：选D.‎ 由跃迁公式得选项D对．‎ ‎8． 已知氢原子的能级图如图15－2－7所示，现用光子能量介于10 eV～12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是(　　)‎