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1、第二第二节节 原子原子结结构构氢氢原子光原子光谱谱 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第二二节节原原子子结结构构氢氢原原子子光光谱谱基础知识梳理基础知识梳理基础知识梳理基础知识梳理一、原子一、原子结结构构1电电子的子的发现发现：1897年，英国物理学家年，英国物理学家_发现发现了了电电子，明确子，明确电电子是原子的子是原子的组组成部成部分，揭开了研究原子分，揭开了研究原子结结构的序幕构的序幕2原子的核式原子的核式结结构构(1)19091911年，英国物理学家年，英国物理学家_进进行了行了粒子散射粒子散射实验实验，提出了核式，提出了核式结结构模型构模型(2
2、)粒子散射粒子散射实验实验汤汤姆姆孙孙卢卢瑟福瑟福图图1321实验结实验结果：果：粒子穿粒子穿过过金箔后，金箔后，绝绝大多数沿大多数沿_前前进进，少数，少数发发生生_偏偏转转，极少数偏，极少数偏转转角度大于角度大于90，甚至被，甚至被弹弹回回(3)核式核式结结构模型：原子中心有一个很小的核，叫构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部做原子核，原子的全部_和几乎全部和几乎全部_都集中在原子核里，都集中在原子核里，带负电带负电的的_在核外空在核外空间绕间绕核旋核旋转转直直线线大角度大角度正正电电荷荷质质量量电电子子实验实验装置：如装置：如图图1321所示所示二、二、氢氢原子光原子光谱
3、谱与玻与玻尔尔理理论论1光光谱谱的分的分类类3玻玻尔尔理理论论(1)定定态态：原子只能：原子只能处处于一系列于一系列_的能量状的能量状态态中，在中，在这这些能量状些能量状态态中原子是中原子是_的，的，电电子子虽虽然然绕绕核运核运动动，但并不向外，但并不向外辐辐射能量射能量不不连续连续稳稳定定(2)跃跃迁：原子从一种定迁：原子从一种定态跃态跃迁到另一种定迁到另一种定态时态时，它它_或或_一定一定频频率的光子，光子的能量率的光子，光子的能量由由这这两个定两个定态态的能量差决定即的能量差决定即h_.(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.631034Js)(3)轨轨道：原子的不同能量状道：原子的不同能
4、量状态态跟跟电电子在不同的子在不同的圆圆周周轨轨道道绕绕核运核运动动相相对应对应原子的定原子的定态态是不是不连续连续的，的，因此因此电电子的可能子的可能轨轨道也是道也是_的的三、三、氢氢原子的能原子的能级级、能、能级级公式公式1氢氢原子的能原子的能级级和和轨轨道半径道半径辐辐射射吸收吸收EmEn不不连续连续(1)氢氢原子的能原子的能级级公式：公式：EnE1(n1,2,3，)，其中其中E1为为基基态态能量能量E113.6eV.(2)氢氢原子的半径公式：原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其，其中中r1为为基基态态半径，又称玻半径，又称玻尔尔半径，半径，r10.531010m.2氢氢原
5、子的能原子的能级图级图：如：如图图1322.图图1322课堂互动讲练课堂互动讲练一、一、对氢对氢原子原子跃跃迁的理解迁的理解1原子从低能原子从低能级级向高能向高能级跃级跃迁，吸收一定能量的迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量光子，当一个光子的能量满满足足hE末末E初初时时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能才能被某一个原子吸收，使原子从低能级级E初初向高向高能能级级E末末跃跃迁，而当光子能量迁，而当光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初时时都不能被原子吸收都不能被原子吸收2原子从高能原子从高能级级向低能向低能级跃级跃迁，以光子的形式向迁，以光子的形式向外外辐辐射能量，所射能量，所辐辐射
6、的光子能量恰等于射的光子能量恰等于发发生生跃跃迁迁时时的两能的两能级间级间的能量差的能量差3当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6eV时时，也可以被，也可以被氢氢原子吸收，使原子吸收，使氢氢原子原子电电离；当离；当氢氢原子吸收的光原子吸收的光子能量大于子能量大于13.6eV，氢氢原子原子电电离后，离后，电电子具有一子具有一定的初定的初动动能能一群一群氢氢原子原子处处于量子数于量子数为为n的激的激发态时发态时，可能，可能辐辐射射出的光出的光谱线谱线条数条数为为NC4原子原子还还可吸收外来可吸收外来实实物粒子物粒子(例如自由例如自由电电子子)的的能量而被激能量而被激发发由于由于实实物粒子
7、的物粒子的动动能可全部或部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或等于两能级级的能量差的能量差值值(EEmEn)，均可使原，均可使原子子发发生能生能级跃级跃迁迁特特别别提醒：提醒：原子在各能原子在各能级间跃级间跃迁迁时时，所吸收的，所吸收的光子的能量只能等于两能光子的能量只能等于两能级间级间的能的能级级差原子差原子电电离离时时所吸收的光子的能量所吸收的光子的能量满满足足EEEn.即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1.氢氢原子的能原子的能级级如如图图1323所示，已知可所示，已知可见见光的光的光子能量范光子
8、能量范围约为围约为1.62eV3.11eV.下列下列说说法法错误错误的的是是()A处处于于n3能能级级的的氢氢原子可以吸收任意原子可以吸收任意频频率的紫率的紫外外线线，并，并发发生生电电离离B大量大量氢氢原子从高能原子从高能级级向向n3能能级跃级跃迁迁时时，发发出出的光具有的光具有显显著的著的热热效效应应图图1323C大量大量处处于于n4能能级级的的氢氢原子向低能原子向低能级跃级跃迁迁时时，可能可能发发出出6种不同种不同频频率的光率的光D大量大量处处于于n4能能级级的的氢氢原子向低能原子向低能级跃级跃迁迁时时，可能可能发发出出3种不同种不同频频率的光率的光3电势电势能能通通过库仑过库仑力做功判
9、断力做功判断电势电势能的增减能的增减当当轨轨道半径减小道半径减小时时，库仑库仑力做正功，力做正功，电势电势能减能减小；反之，小；反之，轨轨道半径增大道半径增大时时，电势电势能增加能增加即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.(2011年杭州二中年杭州二中检测检测)氢氢原子原子辐辐射出一个光子射出一个光子后后()A电电子子绕绕核旋核旋转转半径增大半径增大B电电子的子的动动能增大能增大C氢氢原子的原子的电势电势能增大能增大D原子的能原子的能级值级值增大增大解析：解析：选选B.放出光子后，原子能量减小，放出光子后，原子能量减小，电电子子轨轨道半径减小，速度增大，道半径减小，速度增
10、大，动动能增大，而能增大，而电势电势能能减小，故只有减小，故只有B正确正确经典题型探究经典题型探究题型一题型一原子结构与原子结构与粒子散射实验粒子散射实验例例例例1 1卢卢瑟福和他的助手做瑟福和他的助手做粒子粒子轰击轰击金箔金箔实验实验，获获得了重要得了重要发现发现：(1)关于关于粒子散射粒子散射实验实验的的结结果，下列果，下列说说法正确的是法正确的是()A证证明了明了质质子的存在子的存在B证证明了原子核是由明了原子核是由质质子和中子子和中子组组成的成的C证证明了原子的全部正明了原子的全部正电电荷和几乎全部荷和几乎全部质质量都集量都集中在一个很小的核里中在一个很小的核里D说说明了原子中的明了原
11、子中的电电子只能在某些子只能在某些轨轨道上运道上运动动【解解析析】(1)选选C.粒粒子子散散射射实实验验发发现现了了原原子子内内存存在在一一个个集集中中了了全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量的的核核数数年年后后卢卢瑟瑟福福发发现现核核内内有有质质子子并并预预测测核核内内存存在在中中子子，所所以以C对对，A、B错错玻玻尔尔发发现现了了电电子子轨轨道道量子化，量子化，D错错(2)从能量从能量转转化角度看，当化角度看，当粒子靠近原子核运粒子靠近原子核运动动时时，粒子的粒子的动动能能转转化化为电势为电势能，达到最近距离能，达到最近距离时时，动动能全部能全部转转化化为电势为电势能，能，设设
12、粒子与原子核粒子与原子核发发生生对对心碰撞心碰撞时时所能达到的最小距离所能达到的最小距离为为d，【答案答案】(1)C(2)2.71014m题型二题型二与玻尔理论有关的计算与玻尔理论有关的计算例例例例2 2已知已知氢氢原子基原子基态态的的电电子子轨轨道半径道半径r10.531010m，基，基态态的能的能级值为级值为E113.6eV.(1)求求电电子在子在n1的的轨轨道上运道上运动动形成的等效形成的等效电电流流(2)有一群有一群氢氢原子原子处处于量子数于量子数n3的激的激发态发态，画一，画一能能级图级图，在，在图图上用箭上用箭头标头标明明这这些些氢氢原子能原子能发发出哪出哪几条光几条光谱线谱线(3
13、)计计算算这这几条光几条光谱线谱线中最中最长长的波的波长长(2)由于由于这这群群氢氢原子的自原子的自发跃发跃迁迁辐辐射，会得到三条射，会得到三条光光谱线谱线，如，如图图1324所示所示(3)三条光三条光谱线谱线中波中波长长最最长长的光子能量最小，的光子能量最小，发发生生跃跃迁的两个能迁的两个能级级的能量差最小，根据的能量差最小，根据氢氢原子能原子能级级的分布的分布规规律可知，律可知，氢氢原子一定是从原子一定是从n3的能的能级跃级跃迁到迁到n2的能的能级级，设设波波长为长为，图图1324【答案答案】(1)1.05103A(2)见见解析解析(3)6.58107m【名名师归纳师归纳】(1)掌握原子掌
14、握原子跃跃迁的迁的规规律和特点律和特点是正确分析是正确分析该题该题目的关目的关键键(2)在在处处理理电电子在原子核外子在原子核外绕绕核运核运转转的的问题时问题时，可可认为认为其做匀速其做匀速圆圆周运周运动动，则电则电子一定需要向子一定需要向心力，而向心力只能来自于心力，而向心力只能来自于电电子和原子核子和原子核间间的的库仑库仑引力，据此可由引力，据此可由圆圆周运周运动动的知的知识识列出相列出相应应的方程，的方程，进进行求解行求解氢氢原子基原子基态态能量能量E113.6eV，电电子子绕绕核核做做圆圆周运周运动动的半径的半径r10.531010m求求氢氢原子原子处处于于n4激激发态时发态时：(1)
15、原子系原子系统统具有的能量；具有的能量；(2)电电子在子在n4轨轨道上运道上运动动的的动动能；能；(已知能量关系已知能量关系EnE1，半径关系，半径关系rnn2r1，k9.0109Nm2/C2，e1.61019C)(3)若要使若要使处处于于n2的的氢氢原子原子电电离，至少要用离，至少要用频频率率多大的多大的电电磁波照射磁波照射氢氢原子？原子？(普朗克常量普朗克常量h6.631034Js)题型三题型三有关氢原子能量的计算有关氢原子能量的计算例例例例3 3【思路点思路点拨拨】由玻由玻尔尔的能的能级级理理论论可求得可求得(1)，玻，玻尔尔的原子模型的原子模型(轨轨道理道理论论)和和圆圆周运周运动动相相结结合可求合可求得得(2)，使原子，使原子电电离与两能离与两能级间级间的的跃跃迁有所区迁有所区别别，不要将二者混淆，理解不要将二者混淆，理解电电离的离的实质实质：电电子子获获得足得足够够能量从而脱离原子束能量从而脱离原子束缚缚【答案答案】(1)0.85eV(2)0.85eV(3)8.211014Hz【规规律律总结总结】求解求解电电子在某条子在某条轨轨道上的道上的动动能能时时要将玻要将玻尔尔的的轨轨道理道理论论与与电电子子绕绕核做核做圆圆周运周运动动的向心力的向心力结结合起来合起来