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1、第二节原子结构能级原子光谱第二节原子结构能级原子光谱基基础础梳梳理理自自学学导导引引一、原子一、原子结结构构1电电子子的的发发现现：1897年年，英英国国物物理理学学家家_发发现现了了电电子子，明明确确电电子子是是原原子子的的组组成部分，揭开了研究原子成部分，揭开了研究原子结结构的序幕构的序幕汤汤姆姆孙孙2原子的核式原子的核式结结构构(1)1909 1911年年，英英 国国 物物 理理 学学 家家_进进行行了了粒粒子子散散射射实实验验，提提出了核式出了核式结结构模型构模型(2)粒子散射粒子散射实验实验卢卢瑟福瑟福实验实验装置，如装置，如图图1521所示所示图图1521实实验验结结果果：粒粒子子
2、穿穿过过金金箔箔后后，绝绝大大多多数数沿沿_前前进进，少少数数发发生生_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构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部核，叫做原子核，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，带带负电负电的的_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二、玻二、玻尔尔理理论论、能、能级级1玻玻尔尔原子模型原子模型(1)轨轨道道假假设设：原原子子中中的的电电子子在在库库仑仑引引力力的的作作用用下下，绕绕原原子子核核做
3、做圆圆周周运运动动，电电子子绕绕核核运运动动的的轨轨道道是是_的的量子化量子化(2)定定态态假假设设：电电子子在在不不同同的的轨轨道道上上运运动动时时，原原子子处处于于不不同同的的状状态态，因因而而具具有有 不不 同同 的的 能能 量量，即即 原原 子子 的的 能能 量量 是是_的的这这些些不不同同的的状状态态叫叫定定态态在在各各个个定定态态中中，原原子子是是_的的，不不向外向外辐辐射能量射能量量子化量子化稳稳定定(3)跃跃迁假迁假设设：原子从一个能量状：原子从一个能量状态态向向另一个能量状另一个能量状态跃态跃迁迁时时要要_或或_一定一定频频率的光子，率的光子，该该光子的光子的能量等于两个状能
4、量等于两个状态态的的_，即，即h_.吸收吸收放出放出能量差能量差EmEn(2)氢氢原子的能原子的能级图级图，如，如图图1522.图图1522三、原子光三、原子光谱谱1定定义义：稀稀薄薄气气体体放放电电所所发发出出的的光光谱谱是是_的的，它它只只发发出出几几种种确确定定频频率率的的光光，因因此此光光谱谱线线是是_的的，这这种种分分立立的的线线状状谱谱叫原子光叫原子光谱谱2形成的原因：不同原子的形成的原因：不同原子的结结构不同，能构不同，能级级不同，因此在不同，因此在辐辐射光子射光子时时，光子的，光子的_不同不同不不连续连续分离分离频频率率3光光谱谱分分析析：每每种种元元素素光光谱谱中中的的谱谱线
5、线分分布布都都与与其其他他元元素素不不同同，因因此此我我们们可可以以通通过过对对光光谱谱的的分分析析知知道道发发光光的的是是什什么么元元素素，利利用用光光谱谱分分析析可可以以确确定定样样品品中的元素中的元素组组成成四、四、氢氢原子的原子的电电子云子云1定定义义：用用疏疏密密不不同同的的点点表表示示电电子子在在各各个个位位置置出出现现的的_，画画出出图图来来，就像云就像云雾雾一一样样2应应用：通用：通过过_可以知道可以知道电电子子在原子核附近出在原子核附近出现现的概率的概率电电子云子云概率概率要要点点透透析析直直击击高高考考一、一、对氢对氢原子原子跃跃迁的理解迁的理解1原原子子从从低低能能级级向
6、向高高能能级级跃跃迁迁：吸吸收收一一定定能能量量的的光光子子，当当一一个个光光子子的的能能量量满满足足hE末末E初初时时，才才能能被被某某一一个个原原子子吸吸收收，使使原原子子从从低低能能级级E初初向向高高能能级级E末末跃跃迁迁，而而当当光光子子能能量量h大大于或小于于或小于E末末E初初时时都不能被原子吸收都不能被原子吸收4原原子子还还可可吸吸收收外外来来实实物物粒粒子子(例例如如自自由由电电子子)的的能能量量而而被被激激发发由由于于实实物物粒粒子子的的动动能能可可全全部部或或部部分分地地被被原原子子吸吸收收，所所以以只只要要入入射射粒粒子子的的能能量量大大于于或或等等于于两两能能级级的的能能
7、量量差差值值(EEmEn)，均可使原子均可使原子发发生能生能级跃级跃迁迁特别提醒：特别提醒：原子在各能级间跃迁时，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所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差间的能级差.原子电离时所吸收的光子原子电离时所吸收的光子的能量满足的能量满足EEEEE En n.即时应用即时应用1(2011高高考考四四川川卷卷)氢氢原原子子从从能能级级m跃跃迁迁到到能能级级n时时辐辐射射红红光光的的频频率率为为1，从从能能级级n跃跃迁迁到到能能级级k时时吸吸收收紫紫光光的的频频率率为为2，已已知知普普朗朗克克常常量量为为h，若若氢氢原原子子从能从能级级k跃跃迁到能迁
8、到能级级m，则则()解解析析：选选D.由由题题意意可可知知：EmEnh1，EkEnh2.因因为为紫紫光光的的频频率率大大于于红红光光的的频频率率，所所以以21，即即k能能级级的的能能量量大大于于m能能级级的的能能量量，氢氢原原子子从从能能级级k跃跃迁迁到到能能级级m时时向向外外辐辐射射能能量量，其其值值为为EkEmh2h1，故只有，故只有D项项正确正确3电势电势能能通通过过库库仑仑力力做做功功判判断断电电势势能能的的增增减减当当轨轨道道半半径径减减小小时时，库库仑仑力力做做正正功功，电电势势能能减减小小；反反之之，轨轨道道半半径径增增大大时时，电电势势能增加能增加即时应用即时应用2氢氢原子原子
9、辐辐射出一个光子后射出一个光子后()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，原子能量减放出光子后，原子能量减小，小，电电子子轨轨道半径减小，速度增大，道半径减小，速度增大，动动能增大，而能增大，而电势电势能减小，故只有能减小，故只有B正确正确题题型型探探究究讲讲练练互互动动卢卢瑟瑟福福和和他他的的助助手手做做粒粒子子轰轰击击金箔金箔实验实验，获获得了重要得了重要发现发现：(1)关关于于粒粒子子散散射射实实验验的的结结果果，下下列列说说法正确的是法正确的是()题
10、型题型1 1原子结构与原子结构与粒子散射实验粒子散射实验例例1A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证证明明了了原原子子的的全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量都集中在一个很小的核内量都集中在一个很小的核内D说说明明了了原原子子中中的的电电子子只只能能在在某某些些轨轨道道上运上运动动【解析解析】粒子散射粒子散射实验发现实验发现了原子了原子内存在一个集中了全部正内存在一个集中了全部正电电荷和几乎荷和几乎全部全部质质量的核数年后量的核数年后卢卢瑟福瑟福发现发现核核内有内有质质子并子并预测预测核内存在中子，所以核内存在中子，所
11、以C对对，A、B错错玻玻尔尔发现发现了了电电子子轨轨道道量子化，量子化，D错错(2)从能量转化角度看，当从能量转化角度看，当粒子靠近原子核运粒子靠近原子核运动时，动时，粒子的动能转化为电势能，达到最近粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设距离时，动能全部转化为电势能，设粒子与粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最原子核发生对心碰撞时所能达到的最【答案答案】(1)C(2)2.71014 md 2.71014 m.已已知知氢氢原原子子基基态态的的电电子子轨轨道道半半径径r10.531010 m，基基态态的的能能级级值值为为E113.6 eV.(1)求求电电子在子在n1的的
12、轨轨道上运道上运动动形成的等形成的等效效电电流流题型题型2 2与玻尔理论有关的计算与玻尔理论有关的计算例例2(2)有一群氢原子处于量子数有一群氢原子处于量子数n3的激的激发态，画一能级图，在图上用箭头标发态，画一能级图，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最长的波长计算这几条光谱线中最长的波长(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，射，会得到三条光会得到三条光谱线谱线，如，如图图1523所所示示图图1523(3)三条光谱线中波长最长的光子能量最三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，
13、小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从子一定是从n3的能级跃迁到的能级跃迁到n2的能的能级，设波长为级，设波长为，由，由hE3E2，得，得【答案答案】(1)1.05103 A(2)见见解析解析(3)6.58107 m【规律总结规律总结】(1)掌握原子跃迁的规律和特点掌握原子跃迁的规律和特点是正确分析该题目的关键是正确分析该题目的关键(2)在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，可认为其做匀速圆周运动，则电子一定需要向可认为其做匀速圆周运动，则电子一定需要向心力，而向心力只能来自于电子
14、和原子核间的心力，而向心力只能来自于电子和原子核间的库仑引力，据此可由圆周运动的知识列出相应库仑引力，据此可由圆周运动的知识列出相应的方程，进行求解的方程，进行求解题型题型3 3有关氢原子能量的计算有关氢原子能量的计算例例3 (满满分分样样板板10分分)氢氢原子基原子基态态能能量量E113.6 eV，电电子子绕绕核做核做圆圆周运周运动动的半径的半径r10.531010 m求求氢氢原子原子处处于于n4激激发态时发态时：(1)原子系统具有的能量；原子系统具有的能量；(3)若要使处于若要使处于n2的氢原子电离，至少的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？要用频率多大的电磁波照射氢原子？(普
15、普朗克常量朗克常量h6.631034 Js)【思思路路点点拨拨】由由玻玻尔尔的的能能级级理理论论可可求求得得(1)，玻玻尔尔的的原原子子模模型型(轨轨道道理理论论)和和圆圆周周运运动动相相结结合合可可求求得得(2)，使使原原子子电电离离与与两两能能级级间间的的跃跃迁迁有有所所区区别别，不不要要将将二二者者混混淆淆，理理解解电电离离的的实实质质：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解解题样题样板板规范步骤，该得的分一分不丢！规范步骤，该得的分一分不丢！【规规律律总总结结】求求解解电电子子在在某某条条轨轨道道上上的的动动能能时时要要将将玻玻尔尔的的轨轨道道理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知能演练强化闯关知能演练强化闯关本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放