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1、本套资源目录 2019 年高中物理第十八章原子结构优化总结学案新人教版选修 3_5 2019 年高中物理第十八章原子结构第 1 节第 2 节原子的核式结构模型电子的发现学案新人教版选修 3_5 2019 年高中物理第十八章原子结构第 3 节氢原子光谱学案新人教版选修 3_5 2019 年高中物理第十八章原子结构第 4 节玻尔的原子模型学案新人教版选修 3_5 第十八章 原子结构 本章优化总结 原子核式结构模型 卢瑟福核式结构模型是建立在 粒子散射实验基础上，其考查主要从以下两方面：(1)粒子散射实验的考查：主要是散射实验装置(包括仪器作用的简单描述)、实验现象、现象分析和结论以及实验意义的考查
2、 粒子散射实验是物理学发展史上一个重要的实验，实验结果使人们对于物质结构的观念发生了根本性变化，从而否定了汤姆孙的原子结构的枣糕模型，卢瑟福核式结构模型建立的实验依据：绝大多数 粒子穿过金箔基本上不发生偏转；少数发生偏转；极少数发生大角度偏转(2)卢瑟福核式结构模型的考查：主要是核式结构内容的描述和理解，并且知道原子是由原子核和电子组成的 特别是能从力的角度、功能关系角度分析求解有关圆轨迹或曲线运动的轨迹问题 选项图所示为在 粒子散射实验中，一束 粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图，正确的是()解析 A 选项中 2 应该比 1 有较大偏转，3 应该比 4 有较大偏转；B 选项中 2、3 的
3、偏转方向错误；C 选项中 3 的偏转方向错误；在 D 选项中，2、4 发生了明显偏转，3 离核最近，发生大角度偏转，则只有 D 正确 答案 D 1.(2017上海模拟)关于卢瑟福的 粒子散射实验，下列叙述中与得到的实验结果相符的是()A所有 粒子穿过金箔后偏转角度都很小 B大多数 粒子发生较大角度的偏转 C向各个方向运动的 粒子数目基本相等 D极少数 粒子产生超过 90的大角度偏转 解析：选 D当 粒子穿过原子时，电子对 粒子影响很小，影响 粒子运动的主要是原子核，离核远则 粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小只有当 粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以 粒子接近它的
4、机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，实验结果是：离金原子核远的 粒子偏转角度小，离金原子核近的 粒子偏转角度大，正对金原子核的 粒子被返回，故 A、B、C 错误，D 正确 玻尔理论与能级跃迁 1氢原子的半径公式：rnn2r1(n1，2，3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r10.531010 m.2氢原子的能级公式：氢原子的能级公式：En1n2E1(n1，2，3，)，其中E1为基态能量，E113.6 eV.3氢原子的能级图，如图所示 (1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态(2)横线左端的数字“1，2，3，”表示量子数，右端的数字“13.6，3.
5、4，”表示氢原子的能级(3)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(4)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.已知氢原子基态的电子轨道为r10.5281010 m，量子数为n的能级值为En13.6n2 eV.(1)求电子在基态轨道上运动时的动能(2)有一群氢原子处于量子数n3 的激发态，画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长(其中静电力常量k9.0109 N m2/C2，电子电荷量e1.61019C，普朗克常量h6.631034 J s，真空中光速c3.0108 m/s)
6、思路点拨 解决此类问题的关键在于找出各物理量之间的关系，正确的运用动能公式及能级跃迁的公式 解析(1)设电子的质量为m，电子在基态轨道上的速率为v1，根据牛顿第二定律和库仑定律有mv21r1ke2r21 所以Ek12mv21ke22r19.0109(1.61019)220.5281010 J2.181018J13.6 eV.(2)当氢原子从量子数n3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线 如图所示 (3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3E1.hcE3E16.63103431081.51(13.6)1.61019 m1.03107m.答案(1)13.6 eV(2)见解析图(3)1.0
7、3107 m 原子跃迁条件hEmEn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 原子跃迁发出的光谱线条数NC2nn(n1)2，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径 2.如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()A从n4 能级跃迁到n3 能级比从n3 能级跃迁到n2 能级辐射出电磁波的波长长 B从n5 能级跃迁到n1 能级比从n5 能级跃迁到n4 能级辐射出电磁波的速度大 C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是
8、一样的 D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量 解析：选 A氢原子从高能级跃迁到低能级辐射一定频率的光子EmEnh，能级差值越大辐射光子的频率越大，波长越短，E4E3E3E2，所以 A 项正确；辐射出的电磁波速度一样大，B 项错误；处在不同能级核外电子出现的概率不一样，能级越低，概率越大，C项错误；氢原子由高能级向低能级跃迁时氢原子一定放出能量，而不是氢原子核，故 D 项错误 对本章中的考查热点主要有以下几点：玻尔能级公式的应用；能级跃迁问题的综合判断；原子能级跃迁的能量计算；原子能级跃迁的谱线分析；玻尔假设的迁移与应用等 (10 分)某金属恰能发生光电效应时对应的最大波长等于氢原
9、子由n4 能级跃迁到n2 能级所发出的光的波长现在用氢原子由n2 能级跃迁到n1 能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子最大初动能是多少电子伏？解析 设氢原子由n4 能级跃迁到n2 能级发出的光子波长为0，由n2 能级跃迁到n1 能级发出的光子波长为，则E4E2hc0，(3 分)E2E1hc.(3 分)根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为Ekhchc02E2E1E42(3.4)eV13.6 eV0.85 eV7.65 eV.(4 分)答案 7.65 eV 章末过关检测(三)(时间：60 分钟，满分：100 分)一、单项选择题(本题共 6 小题，每小题 6 分，共 36 分在
10、每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1关于原子结构理论与 粒子散射实验的关系，下列说法正确的是()A卢瑟福做 粒子散射实验是为了验证汤姆孙的“枣糕模型”是错误的 B卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论 C卢瑟福的 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 粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论 解析：选 D卢瑟福设计的 粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布，并非为了验证汤姆孙模型是错误的，A 错误；卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论，B 错误；卢瑟福做了 粒子散射实验后，由实验现象而提出了“核式结构”理论，C 错
11、误，D 正确 2(2017南京高二检测)关于线状谱，下列说法中正确的是()A每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同 B每种原子处在不同的物质中的线状谱不同 C每种原子在任何外界条件下发光的线状谱都相同 D两种不同的原子发光的线状谱可能相同 解析：选 C每种原子在任何外界条件下的线状谱都相同，不同原子的线状谱不同 3(2017天津七校联考)一个氢原子从n3 能级跃迁到n2 能级，该氢原子()A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少 C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少 解析：选 B氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B 正确，选项 A、C、D 错误 4如图所示是某原
12、子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()解析：选 C根据 Eh，c，可知chcE，能级差越大，波长越小，所以a的波长最小，b的波长最大，答案选 C 5如图甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱已知谱线a是氢原子从n4的能级跃迁到n2 的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子()A从n3 的能级跃迁到n2 的能级时的辐射光 B从n5 的能级跃迁到n2 的能级时的辐射光 C从n4 的能级跃迁到n3 的能级时的辐射光 D从n2 的能级跃迁到n1 的能级时的辐射光 解析：选 B从氢原子光谱图上可以看出谱线a、b相邻且波长ba
13、，则谱线b光子的频率大于谱线a光子的频率，产生谱线b的能级差仅大于产生谱线a的能级差，所以 B正确 6有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度v0与它发生碰撞已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收，从而使该原子由基态跃迁到激发态，然后此原子向低能级跃迁，并放出光子若氢原子碰撞后放出一个光子，已知氢原子的基态能量为E1(E113.6 eV，故用 14 eV 的光子照射可使基态的氢原子电离，C项正确 10 用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子，使这些氢原子被激发到量子数为n(n2)的激发态，此时出现的氢光谱中有N条谱线，其中波长的最
14、大值为.现逐渐提高入射电子的动能，当动能达到某一值时，氢光谱中谱线数增加到N条，其中波长的最大值变为.下列各式中可能正确的是()ANNn BNNn1 C Dn，则 E，故 C 项正确 三、非选择题(本题共 3 小题，共 40 分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11(20 分)汤姆孙 1897 年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示电子流平行于极板射入，极板P、P间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时，
15、电子流穿出平行板电容器时的偏转角115 rad.已知极板长L3.0102 m，电场强度大小为E1.5104 V/m，磁感应强度大小为B5.0104 T求电子比荷 解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eEevB 只存在磁场时，有evBmv2r，由几何关系rLsin 偏转角很小时，rL 联立上述各式并代入数据得电子的比荷 emEB2L1.31011 C/kg.答案：1.31011 C/kg 12(20 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(1)若要使n2 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？(2)若用波长为 200 n
16、m 的紫外线照射氢原子，求氢原子电离后电子的速度多大？(电子电荷量e1.61019 C，电子质量me0.911030 kg)解析：(1)n2 时，E213.622 eV3.4 eV 所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n的轨道，n时，E0.所以，要使处于n2 激发态的氢原子电离，电离能为 EEE23.4 eV Eh3.41.610196.631034 Hz8.211014 Hz.(2)波长为 200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量 E0h06.6310343108200109 J9.9451019 J 电离能 E3.41.61019 J5.441019 J 由能量守恒：h
17、0E12mv2 代入数值解得：v9.95105 m/s.答案：(1)8.211014 Hz(2)9.95105 m/s 第 1 节 电子的发现 第 2 节 原子的核式结构模型 1.知道阴极射线是由电子组成的以及电荷量是量子化的 2.了解 粒子散射实验的原理和现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容 3.知道原子和原子核的大小数量级，原子核的电荷数 一、阴极射线 1实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈 2实验现象：感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出荧光 3阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线 二、电子的发现 1汤姆孙根据阴极射线分别
18、通过电场或磁场，根据偏转情况，证明了它的本质是带负电的粒子流，并求出其比荷 2密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷电子电荷量一般取e1.61019 C，电子质量me9.11031 kg.三、粒子散射实验 1汤姆孙原子模型：汤姆孙于 1898 年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中 2 粒子散射实验(1)粒子 从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的 4 倍、电子质量的 7 300 倍(2)实验现象 绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，但有少数 粒子发生了大角度偏转，极少
19、数 粒子偏转角度甚至大于 90.3卢瑟福的核式结构模型：1911 年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动 四、原子核的电荷与尺度 判一判(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射()(2)组成阴极射线的粒子是电子()(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值()(4)粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的()(5)粒子散射实验中大多数 粒子发生了大角度偏转或反弹()(6)粒子大角度的偏转是电子造成的()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6)做一做 关于原子结构，汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”、卢瑟福
20、提出“行星模型”，如图甲和乙所示，都采用了类比推理的方法下列事实中，主要采用类比推理的是()A人们为便于研究物体的运动而建立质点模型 B伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律 C库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律 D托马斯杨通过双缝干涉实验证实光是一种波 提示：选 C模型可以帮助我们理解一些无法直接观察的事物，类比有助于我们更好地认识事物的本质质点模型是一种理想化的物理模型，是为研究物体的运动而建立的；伽利略的摆的等时性是通过自然现象发现的；托马斯杨是通过实验证明光是一种波，是建立在事实的基础上的故正确选项为 C 电子的发现 1.真空玻璃管两极加上高电压 玻璃管壁上发出荧光 2德国物理
21、学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线 3猜想(1)阴极射线是一种电磁辐射(2)阴极射线是带电微粒 4英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转 5密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量 如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()A向纸内偏转 B向纸外偏转 C向下偏转 D向上偏转 思路点拨 由安培定则判定直导线在阴极射线处的磁场方向，再由左手定则判定受力方向 解析 由题目条件不难判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转故正确选项为 D 答案 D 阴极射线(电子)从电源的负极射出，用左手
22、定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反 1.(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是()A电子是原子核的组成部分 B电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 C电子电荷量的数值约为 1.6021019 C D电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 解析：选 BC电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子是可以再分的电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，也叫荷质比 电子比荷的测定 1910 年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”，简练而又精确地测定了电子的电荷量更重要的是密立根实验发现电荷是量子化的，即任何电
23、荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍，并求得了元电荷即电子所带的电荷量e.密立根实验的原理(1)如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电，从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中 (2)小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可以使小油滴静止在两板之间，此时电场力和重力平衡，即mgEq，则电荷的电荷量qmgE.实验发现，q一定是某个最小电荷量的整数倍，这个最小的电荷量就是电子的电荷量 汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示 真空管内的阴极 K 发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)
24、经加速电压加速后，穿过A中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P间的区域内 当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O点(O点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)此时，在P和P间的区域内，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2(如图所示)(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小(2)推导出电子的比荷的表达式 思路点拨 此题中电子在电场中做类平抛运动，在电磁场中做匀速直线运动，受
25、到的电场力和洛伦兹力平衡，仔细分析其物理过程，不难求出结果 解析(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的速度为v，则evBeE，得vEB，即vUBb.(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，在竖直方向做匀加速运动，加速度aeUmb 电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间t1L1v 这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离d112at21eL21U2mv2b 离开电场时竖直向上的分速度vat1eL1Umvb 电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏幕t2L2v t2时间内向上运动的距离d2vt2eUL1L2mv2b 这样
26、，电子向上的总偏转距离 dd1d2eUmv2bL1L2L12 可解得em2UdB2bL1(L12L2).答案(1)UBb(2)2UdB2bL1(L12L2)2.密立根用喷雾的方法获得了带电液滴，然后把这些带有不同电荷量和质量的液滴置于电场中，通过电场力和重力平衡的方法最终测得了带电液滴的电荷量，某次测量中，他得到了如下数据 液滴编号 电荷量/C 液滴编号 电荷量/C 1 6.411019 2 9.701019 3 1.61019 4 4.821019 则可得出结论：_.解析：根据表格中的数据与电子电荷量的比值关系：q1e6.4110191.610194；q2e9.7010191.610196；
27、q3e1.610191.610191；q4e4.8210191.610193；得出结论：电荷量是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整数倍 答案：电荷量是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整数倍 对 粒子散射实验的理解 1装置：放射源、金箔、荧光屏等，如图所示 2现象(1)绝大多数的 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进(2)少数 粒子发生较大的偏转(3)极少数 粒子偏转角度超过 90，有的几乎达到 180.3注意事项(1)整个实验过程在真空中进行(2)粒子是氦原子核，体积很小，金箔需要做得很薄，粒子才能穿过 4汤姆孙的原子模型不能解释 粒子大角度散射的实验结果 如果 粒子以速度v与电子发生弹性
28、正碰(假定电子原来是静止的)，求碰撞后，粒子的速度变化了多少？并由此说明：为什么原子中的电子不能使 粒子发生明显的偏转？思路点拨 分析求解本题，需要运用弹性碰撞知识 粒子与电子发生弹性正碰时，遵循机械能守恒和动量守恒定律，通过列出两个守恒方程进行定量计算，从而作出判断 解析 设 粒子初速度为v，质量为M，与电子碰后速度为v1，电子质量为m，与 粒子碰后速度为v2 由动量守恒定律MvMv1mv2 由能量守恒12Mv212Mv2112mv22 由式得 v1MmMmv 粒子速度变化量 v1v1v2mMmv 把M7 300m代入式得 v127 301v0.000 3v 可见 粒子的速度变化只有万分之三
29、，说明原子中的电子不能使 粒子发生明显的偏转 答案 见解析 解决 粒子散射实验问题的技巧(1)熟记实验装置及原理(2)理解建立核式结构模型的要点 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 汤姆孙的原子模型不能解释 粒子的大角度散射 少数 粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些 粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用 绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内 3.(多选)(2017孝感高中高二检测)如图所示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
30、在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些 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 解析：选 AD在卢瑟福 粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数 粒子仍沿原来的方向前进，故 A 正确；少数 粒子发生较大偏转，极少数 粒子偏转角度超过90，极个别 粒子被反射回来，故 B、C 错误，D 正确 对卢瑟福核式结构模型的理解 1内容：在原子中心有一个很小的核，叫原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内，带负
31、电的电子在核外空间绕核旋转 2对 粒子散射实验现象的解释(1)当 粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小因为原子核很小，所以绝大多数 粒子不发生偏转 (2)只有当 粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转(3)如果 粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到 180，这种机会极少，如图所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于 90.3数量级：原子的半径数量级为 1010 m，原子核半径的数量级为 1015 m，原子核的半径只相当于原子半径的 105，体积只相当于
32、原子体积的 1015.(多选)(2017梅州高二检测)关于原子核式结构理论说法正确的是()A是通过发现电子现象得出来的 B原子的中心有个核，叫做原子核 C原子的正电荷均匀分布在整个原子中 D原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转 解析 原子的核式结构模型是在 粒子的散射实验结果的基础上提出的，A 错误 原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B 正确，C 错误 原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D 正确 答案 BD 应用核式结构模型分析求解问题时，要注意从力的角度及功能关系角度入手 1 粒子的受
33、力特点 粒子与原子核间的作用力是库仑斥力：FkQqr2.(1)式中Q为原子核的电荷量，q为粒子所带电荷量，r为粒子与原子核间的距离(2)粒子离原子核越近，库仑力越大，运动加速度越大，反之，则越小(3)粒子的受力方向沿原子核与 粒子的连线，由原子核指向 粒子 2库仑力对 粒子的做功情况(1)当 粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加(2)当 粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小 3 粒子的能量转化 仅有库仑力做功时，能量只在电势能和动能之间发生相互转化，而总能量保持不变 4.1911年卢瑟福依据粒子散射实验中粒子发生了_(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型若
34、用动能为 1 MeV 的 粒子轰击金箔，其速度约为_m/s.(质子和中子的质量均为 1.671027 kg，1 MeV106 eV)解析：设 粒子的速度为v，Ek12mv2，v2Ekm211061.6101941.671027 m/s6.9106 m/s.答案：大 6.9106 第 3 节 氢原子光谱 1.知道光谱、连续谱和线状谱等概念 2.知道氢原子光谱的实验规律 3 了解经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立的特性 一、光谱 1定义：按照光的波长和强度分布展开排列的记录，即光谱 2分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫谱线，这样的光谱叫线状谱有的光谱不是一条条分立的谱线，而是
35、连续在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱 3特征光谱：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射特定频率的光不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱线 4光谱分析(1)定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析(2)优点：灵敏度高 二、氢原子光谱的实验规律 1许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径 2巴耳末公式：1R1221n2(n3、4、5)3巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征 三、经典理论的困难 1 核式结构模型的成就：正
36、确地指出了原子核的存在，很好地解释了 粒子散射实验 2经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征 判一判(1)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径()(2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光()(3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数()(4)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征()(5)经典物理学可以很好地应用于宏观边界，也能解释原子世界的现象()提示：(1)(2)(3)(4)(5)做一做(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()A发射光谱包括连续谱和线状谱 B太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱
37、 C线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析 D光谱分析帮助人们发现了许多新元素 提示：选 ACD线状谱和吸收光谱都是原子的特征光谱，都可用来进行光谱分析，太阳光谱是吸收光谱A、C、D 选项正确 想一想 巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立性用卢瑟福的核式结构模型和经典力学、电磁学的理论，是否能够解释这种分立性？提示：不能卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了 粒子的散射实验但经典理论无法解释原子的稳定性和光谱的不连续性具体分析如下：据卢瑟福核式结构模型和经典力学理论、电磁理论知核外电子绕原子核旋转产生变化的电磁场，而变化的电磁场会激发电磁波，电磁波向外传
38、播辐射，电子失去能量最后会坠入原子核，辐射能量(电磁波)的频率等于绕核旋转的频率，电子绕核旋转过程随着能量的减小，转得越来越快，这个变化是连续的，辐射各种频率(波长)的光，原子光谱应是连续的，所以不能解释氢原子这种分立性 光谱和光谱分析 1光谱的分类 2太阳光谱(1)特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱(2)对太阳光谱的解释：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线 3光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达
39、 1010 g.(2)应用 应用光谱分析发现新元素；鉴别物体的物质成分：研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素；应用光谱分析鉴定食品优劣 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是()A太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 B煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱 C进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱 D我们能通过月球反射的日光分析鉴别月球的物质成分 解题探究(1)光谱分析应当使用什么光谱线？(2)能否利用反射光分析反射物的物质组成？解析 太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素
40、吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，选项A 错误；月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，选项 D 错误；光谱分析只能是线状谱和吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项 C 正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项 B 正确 答案 BC (1)太阳光谱是吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是地球大气造成的(2)某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的，两者均可用来作光谱分析 太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线产生这些暗线是由于()A太阳表面大气层中缺少相应的元素 B太阳
41、内部缺少相应的元素 C太阳表面大气层中存在着相应的元素 D太阳内部存在着相应的元素 解析：选 C太阳光谱中的暗线是由于太阳内部发出的强光经过温度较低的太阳大气层时产生的，表明太阳大气层中含有与这些特征谱线相对应的元素故选项 C 正确 氢原子光谱的理解和应用 1氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示 2氢原子光谱的特点：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性 3巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：1R1221n2(n3，4，5)，该公式称为巴耳末公式(2)公式中只能取n3 的整数，不能连续取值，波长是分立
42、的值 4其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式 命题视角 1 对巴耳末公式的理解 (多选)关于巴耳末公式1R1221n2的理解，正确的是()A此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的 B公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱 C公式中n只能取大于或等于 3 的整数值，故氢光谱是线状谱 D公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱 解题探究 波长大小与n的取值大小有何关系？解析 巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的，故 A 选项正确；公式中的n只能取大于或等于 3 的整数值，故氢光谱是线状谱，B 选项错误，C 选项正确；巴耳末公式
43、只适用于氢光谱的分析，不适用于其他原子光谱的分析，D 选项错误 答案 AC 命题视角 2 巴耳末公式的应用 处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时发出一系列不同频率的光，称为氢光谱氢光谱线的波长可以用下面的巴耳末里德伯公式表示：1R1k21n2，n、k分别表示氢原子跃迁后所处状态的量子数，k1，2，3，对每一个k，有nk1，k2，k3，R称为里德伯常量，是一个已知量对于k1 的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为赖曼系；k2 的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U1；当用巴耳末系波长最短的光照射
44、时，遏止电压的大小为U2.已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功 思路点拨 分析求解本题，要求综合运用氢光谱的巴耳末公式、光电效应方程等知识内容 解析 设该金属的逸出功为W0，光电效应所产生的光电子最大初动能为Ekm.由动能定理知：EkmeU 对于赖曼系，当n2 时对应的光波长最长，设为1 由题中所给公式有：11R11212234R 波长1对应的光的频率1c134Rc 对于巴耳末系，当n时对应的光波长最短，设为2，由题中所给公式有 12R1220 14R 波长为2的光对应的频率2c214Rc 根据爱因斯坦的光电效应方程EkmhW0知 Ekm1h1W0，E
45、km2h2W0 又Ekm1eU1，Ekm2eU2 可解得：h2e(U1U2)Rc，W0e(U13U2)2.答案 2e(U1U2)Rc e(U13U2)2 分析求解氢原子光谱问题，关键是用氢原子光谱各谱线系的广义的巴耳末公式1R1m21n2进行分析 式中m1，2，3，对每一个m，有nm1，m2，m3，构成一个谱线系，当m1，2，3，时，分别对应赖曼系，巴耳末系，帕邢系 令1，T(m)Rm2，T(n)Rn2，上式可变为：T(m)T(n)称为波数，即波长的倒数T称为光谱项，在计算时应注意：n的最大值可取到无穷大，最小值都是固定的，如巴耳末系中，m2，n的最小值为 3.【通关练习】1(多选)关于巴耳末
46、公式，下列说法正确的是()A巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 C巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式 D巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际，其波长的分立值并不是人为规定的 解析：选 CD由于巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的 4 条谱线作了分析总结出的巴耳末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只发出若干特定频率的光，由此可知，选项 C、D 正确 2根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的 2 条谱线对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？解析：能够引起人的视觉的可
47、见光波长范围，约为 400 nm700 nm 之间根据巴耳末公式1R1221n2计算时应注意其波长值必须在可见光范围内 由巴耳末公式1R1221n2知，当n3 和 4 时对应波长较长 111.101071221n21，所以n13，则1654.5 nm(1在可见光范围内)；121.101071221n22，所以n24，则2484.8 nm(2在可见光范围内)特点：氢原子光谱是分立的线状谱，它在可见光区的谱线满足巴耳末公式，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式 答案：654.5 nm 484.8 nm 光谱特点见解析 第 4 节 玻尔的原子模型 1.知道玻尔原子理论的基本假设
48、的主要内容 2.了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念 3能用玻尔理论解释氢原子模型 4.了解玻尔理论的不足之处和原因 一、玻尔原子理论的基本假设 1玻尔原子模型(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动(2)电子绕核运动的轨道是量子化的(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射 2定态(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态能量最低的状态叫做基态，其他的能量状态叫做激发态 3 跃迁：当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em
49、)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，mn)时，会放出能量为h的光子，该光子的能量hEmEn，该式被称为频率条件，又称辐射条件 二、玻尔理论对氢光谱的解释 1氢原子的能级图 2解释巴耳末公式(1)按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hEmEn(2)巴耳末公式中的正整数n和 2 正好代表能级跃迁和之后所处的定态轨道的量子数n和 2，并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好 3解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 三、玻尔模型的
50、局限性 1玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律 2玻尔理论的局限性：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动 3电子云：原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的大小，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云 判一判(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的()(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态()(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁()(4)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原