2023届高三物理【新教材】一轮复习-15-2-原子结构.docx

第2讲　原子结构

【必备知识·自主排查】
一、原子结构
1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了________，提出了原子的“枣糕模型”．
2．原子的核式结构：
(1)1909～1911年，英国物理学家________进行了α粒子散射实验，实验装置如图所示.1911年提出了核式结构模型．

(2)α粒子散射实验的结果：________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有________α粒子发生了大角度偏转，________偏转角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示．
原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部________，电子在正电体的外面运动．
二、氢原子光谱
1．光谱：用光栅或棱镜可以把物质发出的光按波长(频率)展开，获得光的________(频率)和强度分布的记录，即光谱．
2．光谱分类

3．氢原子光谱的实验规律
巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R∞(122－1n2)(n＝3，4，5…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1).
4．光谱分析
由于每种原子都有自己的________，因此可以用光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义．
三、氢原子的能级、能级公式
1．玻尔原子模型：
(1)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________的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是________的，不向外辐射能量．
(2)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________或________一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的________，即hν＝________(m>n).
(3)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，原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子绕核运动的可能轨道是________的．
2．几个名词解释：
(1)能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的________叫能级，各能级的能量是电子动能与电势能之和，电子的电势能是负值．其绝对值是动能的2倍．
(2)基态和激发态：原子能量________的状态叫基态，其他能量(相对于基态)较高的状态叫激发态．
(3)量子数：现代物理学认为原子的可能状态是________的，各状态可用正整数1，2，3，…表示，叫作量子数，一般用n表示．
3．氢原子的能量和能级跃迁
(1)氢原子的能极图：如图所示．

(2)能级和半径公式：
①氢原子的能级公式：En＝________(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，E1＝________．
②氢原子核外电子的轨道半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r1＝0.53×10－10 m．

【科学情境】
1.丹麦物理学家玻尔在1913年把微观世界中物理量取分立值的观念用到原子系统，提出了自己的原子结构假说．

(1)氢原子光谱是由不连续的亮线组成的．(　　)
(2)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(　　)
(3)按照玻尔理论，核外电子均匀地分布在各个不连续的轨道上．(　　)
(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(　　)
(5)氢原子可以吸收任何能量的光子而发生跃迁．(　　)

【教材拓展】
2.[人教版选择性必修第三册P81图4.3－3]卢瑟福进行的α粒子散射实验现象表明(　　)

A．在原子的中心有一个很小的核
B．原子核具有复杂结构
C．原子核集中了原子所有的质量
D．核外电子在绕核旋转
3．[人教版选择性必修第三册P98B组第2题改编]大量氢原子处于n＝1、2、3、4、5的五个状态，处于较高能级的原子可以向任意一个较低能级跃迁．这时我们可以观测到几种频率的光(包括不可见光)？最小的频率是多少(最小频率保留两位有效数字)?

【关键能力·分层突破】
考点一　原子的核式结构模型
(1)α粒子散射实验装置

(2)原子的核式结构模型
在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．

【跟进训练】
1.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点．下列说法正确的是(　　)

A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转
2．卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图所示．放射源发射的α粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的α粒子．实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数的角度甚至大于90°，于是，卢瑟福大胆猜想 (　　)

A．原子半径的数量级是10－10 m
B．原子核内存在质子和中子
C．原子内部有体积很小、质量很大的核
D．造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用

考点二　玻尔理论和氢原子能级跃迁
1．定态间的跃迁——满足能级差
(1)从低能级(n) 跃迁高能级(m)→吸收能量．
hν＝Em－En
(2)从高能级(m) 跃迁低能级(n)→放出能量．
hν＝Em－En.
2．电离
电离态与电离能
电离态：n＝∞，E＝0
基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.
激发态→电离态：E吸>0－En＝|En|
若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．
3．谱线条数的确定方法：
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1).
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．
①用数学中的组合知识求解：N＝Cn2＝nn-12.
②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．

例 [2022·永州一模]如图所示为氢原子的能级图，用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只辐射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只辐射出三种不同频率的光a、b、c，频率νa>νb>νc，下列说法正确的是(　　)

A．照射氢原子的光子能量为12.75 eV
B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光频率为νa
C．从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光频率为νc
D．光a能使逸出功为10.2 eV的某金属发生光电效应
[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

【跟进训练】
3.下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)

A．图甲：光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．图乙：铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应
C．图丙：氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的
D．图丁：卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子核均匀分布在原子内的结构模型
4．如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图．已知谱线b是氢原子从n＝5能级直接跃迁到n＝2能级时发出的光谱线，则谱线a可能是氢原子(　　)

A．从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级时发出的光谱线
B．从n＝3的能级直接跃迁到n＝1的能级时发出的光谱线
C．从n＝4的能级直接跃迁到n＝1的能级时发出的光谱线
D．从n＝4的能级直接跃迁到n＝2的能级时发出的光谱线

第2讲　原子结构
必备知识·自主排查
一、
1．电子
2．(1)卢瑟福　(2)绝大多数　少数　极少数　质量
二、
1．波长　
4．特征谱线
三、
1．(1)量子化　稳定　(2)吸收　放出　能级差　Em－En　(3)不连续
2．(1)能量值　(2)最低　(3)不连续
3．(2)E1n2　－13.6 eV
科学情境
1．答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
教材拓展
2．解析：汤姆孙发现了电子，标志着原子结构研究的开始，卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，而天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故B错误；为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：在原子的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原子核里，故A正确，C错误，实验现象不能说明电子的运动规律，故D错误．
答案：A
3．解析：大量处于第5能级的氢原子辐射光子频率的种类为10种；从第5能级跃迁到第4能级辐射光子的频率最小，由En＝E1n2，E5－E4＝hν，联立得ν＝7.4×1013 Hz.
答案：10　7.4×1013 Hz
关键能力·分层突破
1．解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，选项B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，选项D错误．
答案：A
2．解析：原子半径的数量级是通过油膜法测出来的，故A错误；卢瑟福用α粒子轰击氮核，证实了在原子核内存在质子，查德威克发现的中子，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，说明原子的中心有一个体积很小的核；从极少数α粒子发生了大角度的偏转，说明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，故C正确；造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中心正电荷的作用，故D错误．故选C.
答案：C
例　解析：根据公式Cn2＝3，可知，n＝3，因此受到激发后的氢原子处于第n＝3能级；根据氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光子能量与从n＝1跃迁到n＝3所吸收的光子能量相等可知，照射氢原子的光子能量为：ΔE31＝E3－E1＝－1.51eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，故A错误；频率大小关系为νa>νb>νc，从n＝3跃迁到n＝2辐射出的能量最小，即其对应的光频率为νc，故B错误；氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光的能量最大，辐射出的光频率为νa，故C错误；氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光的能量为12.09 eV，依据光电效应方程，所以能使逸出功为10.2 eV的金属发生光电效应，故D正确．
答案：D
3．解析：图甲的光电效应中，由爱因斯坦的光电效应方程可知Ek＝hν－W0，说明光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不成正比，选项A错误；图乙中，铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应，选项B正确；图丙中，氢原子能级是分立的，原子发射光子的频率也是不连续的，选项C错误；图丁中，卢瑟福通过α粒子散射实验，提出的是原子的核式结构模型，选项D错误．
答案：B
4．解析：由谱线a的光子的波长大于谱线b的光子的波长，可知谱线a的光子频率小于谱线b的光子频率，所以谱线a的光子能量小于n＝5和n＝2间的能级差，选项D正确，选项A、B、C错误．
答案：D