物理学案专题8原子结构 1.docx
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物理学案专题8原子结构1
物理学案专题8-原子结构
知识点一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1.实验结果:
α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进;少数α粒子有较大的偏转;极少数α粒子的偏转角度超过90°,有的甚至被弹回,偏转角达到180°.
2.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质量都集中在原子核内,电子绕核运转.
3.原子核的组成与尺度
(1)原子核的组成:
由质子和中子组成,原子核的电荷数等于原子核中的质子数.
(2)原子核的大小:
实验确定的原子核半径的数量级为10-15m,而原子的半径的数量级是10-10m.因而原子内部十分“空旷”.
例1
关于α粒子散射实验现象的分析,下列说法正确的是( )
A.绝大多数α粒子沿原方向运动,说明正电荷在原子内均匀分布,使α粒子受力平衡的结果
B.绝大多数α粒子沿原方向运动,说明这些α粒子未受到明显的力的作用,说明原子内大部分空间是空的
C.极少数α粒子发生大角度偏转,说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D.极少数α粒子发生大角度偏转,说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
即时练习:
1.在卢瑟福进行的α粒子散射实验中,少数α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.原子的正电荷以及绝大部分质量都集中在一个很小的核上
C.原子中存在带负电的电子
D.原子核中有中子存在
2.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个α粒子的运动轨迹。
在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中,下列说法中正确的是( )
A.动能先增大,后减小
B.电势能先减小,后增大
C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零
D.加速度先变小,后变大
3.卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是()
A.解释α粒子散射现象
B.用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C.结合经典电磁理论,解释原子的稳定性
D.结合经典电磁理论,解释氢原子光谱
4.右图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图,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,关于观察到的现象,下述说法中正确的是()
A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多
C.放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少
5.(16上海)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出了原子内部存在( )
(A)电子(B)中子(C)质子(D)原子核
6.(14上海)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是( )
A.原子中心有一个很小的原子核
B.原子核是由质子和中子组成的
C.原子质量几乎全部集中在原子核内
D.原子的正电荷全部集中在原子核内
知识点二、对玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解
1.玻尔原子模型
(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中,具有确定能量的稳定状态叫做定态,能量最低的状态叫基态,其他的状态叫做激发态.
(2)频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道(En)时会放出能量为hν的光子,则:
hν=Em-En.反之,当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态,吸收的光子能量同样由频率条件决定.
(3)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道.
例、根据玻尔原子结构理论,氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后,下列判断正确的是()
A.原子的能量增加,电子的动能减少B.原子的能量增加,电子的动能增加
C.原子的能量减少,电子的动能减少D.原子的能量减少,电子的动能增加
即时练习:
1.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.核外电子运动速度越大
C.原子能量越大D.电势能越小
2.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
3.关于玻尔的原子模型,下述说法中正确的有()
A.它彻底否定了经典的电磁理论B.它发展了卢瑟福的核式结构学说
C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子观念
4.氢原子的能级是氢原子处于各个状态时的能量值,它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能.氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时
A、原子要吸收光子,电子的动能增大B、原子要放出光子,电子的动能增大
C、原子要吸收光子,电子的动能减小D、原子要放出光子,电子的动能减小
2.氢原子能级跃迁
(1)氢原子的能级
原子各能级的关系为:
En=
(n为量子数,n=1,2,3,…)
对于氢原子而言,基态能级:
E1=-13.6eV.
(2)氢原子的能级图
氢原子的能级图如图1所示.
图1
例
已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.528×10-10m,量子数为n的能级为En=
eV.
(1)求电子在基态轨道上运动的动能;
(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一张能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线.
(3)计算这几种光谱线中最短的波长.
(静电力常量k=9×109N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,真空中光速c=3×108m/s)
即时练习:
1.氢原子能级如图所示,一群原处于n=4能级的氢原子回到n=1的状态过程中()
A.放出三种频率不同的光子
B.放出六种频率不同的光子
C.放出的光子的最大能量为其12.75ev,最小能量是0.66eV
D.放出的光能够使逸出功为13.0eV的金属发生光电效应
2.氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态,设真空中的光速为c,则(D)
A.吸收光子的波长为
B.辐射光子的波长为
C.吸收光子的波长为
D.辐射光子的波长为
3.(16北京)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有( )
A.1种B.2种C.3种D.4种
4.(15济南一模)一群处于n=4的激发态的氧原子,向低能级跃迁时,可能发射出的谱线为____(填选项字母)
A.3条B.4条C.5条D.6条
5.(15龙岩综测)(4分)图-5甲所示为氢原子的能级,图-6乙为氢原子的光谱。
已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2能级时的辐射光,则谱线b可能是氢原子_____时的辐射光。
(填选项前的字母)
图-5
A.从n=5的能级跃迁到n=3的能级B.从n=4的能级跃迁到n=3的能级
C.从n=5的能级跃迁到n=2的能级 D.从n=3的能级跃迁到n=2的能级
6.(15海南)(4分)氢原子基态的能量为
。
大量氢原子处于某一激发态。
由这些氢原子可能发出的所有光子中,频率最大的光子能量为
0.96
,频率最小的光子的能量为eV(保留2位有效数字),这些光子可具有种不同的频率。
低能级向高能级跃迁需要吸收光子能量。
例、图中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
A.大量处在n>3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
即时练习:
1.根据波尔的理论,若氢原子从基态向激发态跃迁,氢原子将:
A、吸收光子,获得能量B、辐射光子,放出能量
C、吸收光子,放出能量D、辐射光子,吸收能量
2、用一束单色光照射处于基态的一群氢原子,这些氢原子吸收光子后处于激发态,并能发射光子,现测得这些氢原子发射的光子频率仅有三种,分别为
.
和
,且
<
<
。
则入射光子的能量应为()
A.h
B.h
C.h(
+
)D.h
3、已知某原子的能级公式为
,式中n=1,2,3……表示不同能级数,E0是正的已知常数,该原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时可以不发射光子,而是将能量交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,则脱离原子后电子的动能是 ( )
A.
B.
C.
D.
4.氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级放出光子的频率为ν,则它从基态跃迁到n=4的能级吸收的光子频率为(已知E2=
E3=
)( )
A.
νB.
νC.
νD.
ν
5.氢原子能级结构如图2所示,以下说法中正确的是()
A.用一群动能为12.78ev的电子轰击大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出3种不同频率的光子
B.用一群动能为12.78ev的电子轰击大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出6种不同频率的光子
C.用一群能量为12.78ev的光子照射大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出3种不同频率的光子
D.用一群能量为12.78ev的光子照射大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出6种不同频率的光子
知识点三、原子的能级跃迁与电离
1.能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁,可表示如下:
高能级Em
低能级En.
2.当光子能量大于或等于13.6eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能.
3.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(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁.
例3
如图2所示,A、B、C分别表示三种不同能级跃迁时放出的光子.由图可以判定( )
图2
A.用波长为600nm的X射线照射,可以使稳定的氢原子电离
B.用能量是10.2eV的光子可以激发处于基态的氢原子
C.用能量是2.5eV的光子入射,可以使基态的氢原子激发
D用能量是11.0eV的外来电子,可以使处于基态的氢原子激发
针对训练
1、一个氢原子处于基态,用光子能量为15eV的电磁波去照射该原子,问能否使氢原子电离?
若能使之电离,则电子被电离后所具有的动能是多大?
2.氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级放出光子的频率为ν,则它从基态跃迁到n=4的能级吸收的光子频率为(已知E2=
E3=
)( )
A.
νB.
νC.
νD.
ν
3、氢原子的能级图如图(十八)-7所示。
一群氢原子处在n=4的能级上,向低能级跃迁时,一共辐射出___________种光子;用这些光子照射逸出功为W0=4.54eV的金属钨时,能使其发生光电效应的有____________种光子。
4.氢原子从能级A跃迁到能级B时,辐射出波长为λ1的光子;从能级A跃迁到能级C时,辐射出波长为λ2的光子;若λ1>λ2,则氢原子从能级B跃迁到能级C时,将___________(填“辐射”或“吸收”)光子,光子的波长
=________________.
5、(14武汉二中)氢原子处于基态时,原子的能量为E1,处于n=3的激发态时,原子的能量为E3,一群处于n=3激发态的氢原子跃迁到n=1的基态时,可以向外辐射________种不同频率的光子.已知普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c,其中最短波长是________,若用该光子去照射某种金属,恰能发生光电效应,则该金属的逸出功是________。
6.(12分)[2010年高考江苏卷]已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.40eV和-1.51eV,金属钠的逸出功W0=2.3eV。
请通过计算判断,氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板,能否发生光电效应。
三、计算题
1.(10分)图中给出氢原子最低的四个能级,氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种?
其中最小的频率等于多少赫兹?
(保留两位有效数字,h=6.63×10-34,1ev=1.6×10-19J)
2.(10分)将氢原子电离,就是从外部给电子以能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。
若要使n=2激发态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子?
(E2=-3.4eV,h=6.63×10-34J·s)
1.(对核式结构模型的理解)在α粒子散射实验中,当α粒子最接近金原子核时,下列说法正确的是( )
A.动能最小
B.电势能最小
C.α粒子和金原子核组成的系统的能量最小
D.加速度最小
2.(对氢原子能级跃迁的理解)如图3所示是玻尔理论中氢原子的能级图,现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子,受激发的氢原子能自发地辐射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( )
图3
A.13.6eVB.12.09eV
C.10.2eVD.3.4eV
3.(原子的能级跃迁和电离问题)氢原子能级的示意图如图4所示,大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则( )
图4
A.可见光光子能量范围在1.62eV到2.11eV之间
B.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C.a光的频率大于b光的频率
D.氢原子在n=2的能级可吸收任意频率的光而发生电离
4.(氢原子的能级跃迁)如图5所示为氢原子能级的示意图.现有大量的氢原子处于n=4的激发态.当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光.关于这些光,下列说法正确的是( )
图5
A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
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的金属箔能发生光电效应
5.氢原子能级如图所示,一群原处于n=4能级的氢原子回到n=1的状态过程中()
A.放出三种频率不同的光子
B.放出六种频率不同的光子
C.放出的光子的最大能量为其12.75ev,最小能量是0.66eV
D.放出的光能够使逸出功为13.0eV的金属发生光电效应
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