2020高中物理 第十八章 原子结构章末复习课学案 新人教版选修3-5

第十八章原子结构章末复习课【知识体系】主题1 原子的核式结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．2．α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．3．三个原子模型的对比．原子模型实验基础原子结构成功和局限“枣糕”模型电子的发现原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子镶嵌其中可解释一些实验现象，但无法说明α粒子散射实验核式结构卢瑟福的α粒子原子的中心有—个很小成功解释了α粒子散射实验，无模型 散射实验 的核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子在核外运动法解释原子的稳定性及原子光谱的分立特征玻尔的原子模型氢原子光谱的研究在核式结构模型基础上，引入量子观念成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，不能解释较复杂原子的光谱现象――――――→α粒子散射实验卢瑟福核式结构模型――――――――→氢原子光谱的研究玻尔模型【典例1】 在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( ) A ．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B ．正电荷在原子内是均匀分布的 C ．原子中存在着带负电的电子D ．原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析：卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，故选项A 正确，选项B 错误；α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变．选项C 、D 的说法没错，但与题意不符．答案：A 针对训练1．(多选)关于α粒子散射实验，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，是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粒子的吸引力很大解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故选项A 错，B 对；极少数发生大角度偏转，说明受到金属原子核明显力作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故选项C 对，D 错．答案：BC主题2 氢原子的能级 能级公式1．氢原子的能级和轨道半径．氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV.氢原子的半径公式：r n＝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.2．氢原子的能级图．(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，－3.4，…”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：hν＝E m－E n.警示：原子跃迁条件hν＝E m－E n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E≥13.6 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．原子跃迁发生的光谱线条数N＝C2n＝n（n－1）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．【典例2】(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( )A．用10.2 eV的光子照射B．用11 eV的光子照射C．用14 eV的光子照射D．用10 eV的光子照射解析：由氢原子能级图可求得E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即10.2 eV是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后将跃迁到第一激发态，可使处于基态的氢原子激发，A项正确；E m－E1≠11 eV、E m－E1≠10 eV，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B、D项错误；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量须不小于13.6 eV，而14 eV>13.6 eV，故用14 eV的光子照射可使基态的氢原子电离，C 项正确．答案：AC针对训练2．图1所示为氢原子的能级，图2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的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子( )图1图2A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时的辐射光D．从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光解析：由题图2看出b谱线对应的光的频率大于a谱线对应的光的频率，而a是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以b谱线对应的能级差应大于n＝4与n＝2中间的能级差，故选项B正确．答案：B统揽考情近几年来高考主要考查α粒子散射实验、核式结构模型、氢原子能级结构、光子的吸收和发射，其中重点考查的是氢原子的能级结构和氢原子的跃迁问题．一般以选择题形式出现．真题例析(2016·北京卷)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种解析：处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C2n，所以处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C23＝3种，故C项正确．答案：C针对训练(2015·海南卷)(1)氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV.大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，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．解析：频率最小的光子是从n＝2跃迁，即频率最小的光子的能量为E min＝－3.4 eV－(－13.6 eV)≈10 eV.频率最大的光子能量为－0.96E1，即E n－(－13.6 eV)＝－0.96×(－13.6 eV)，解得E n＝－0.54 eV.即n＝5，从n＝5能级开始，共有5→1，5→4，5→3，5→2，4→1，4→2，4→3，3→1，3→2，2→1，10种不同频率的光子．答案：10 101．如图是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向解析：若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z 轴正方向，故只有B项是正确的．应明确管内是电子流，然后根据洛伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定．答案：B2．(2014·山东卷)(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析：根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．答案：CD3.现有一系列处于n＝4能级的氢原子，用它在跃迁过程中发出的光照射金属钠，已知金属钠的逸出功为2.29 eV，氢原子的能级结构图如图所示，则下列说法中正确的是( )A ．跃迁过程中将释放5种频率的光子B ．跃迁过程中释放光子的最小能量为0.66 eVC ．跃迁过程中释放光子的最大能量为13.6 eVD ．跃迁过程中释放的所有光子都能引起钠的光电效应解析：一群氢原子处于n ＝4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，可以释放n （n －1）2＝6种不同能量的光子，故A 错误；从n ＝4跃迁到n ＝3，辐射的光子能量为0.66 eV ， 从n ＝4跃迁到n ＝2，辐射的光子能量为2.55 eV ， 由n ＝4跃迁到n ＝1，辐射的光子能量为12.75 eV ， 从n ＝3跃迁到n ＝1，辐射的光子能量为12.09 eV ， 从n ＝3跃迁到n ＝2，辐射的光子能量为1.89 eV ， 由n ＝2跃迁到n ＝1，辐射的光子能量为10.2 eV.可以看到跃迁过程中释放光子的最小能量为0.66 eV ，跃迁过程中释放光子的最大能量为12.75 eV ，故B 正确、C 错误；可见有四种光子能量大于金属的逸出功，所以有4种频率的光能使金属钠发生光电效应，所以选项D 错误．答案：B4．已知氢原子的基态能量为E 1，量子数为n 的激发态的能量为E 1n2.现有一群氢原子处于n ＝3的能级，在向低能级跃迁过程中，其中从n ＝2能级向n ＝1能级跃迁辐射出的光照射某金属的表面恰能发生光电效应，求该金属的极限频率和能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能.解析：根据W 0＝hν0即可求解极限频率；根据爱因斯坦光电效应方程，结合能级差公式，求解光电子的最大初动能.(1)该金属的逸出功为： W 0＝14E 1－E 1＝－34E 1，根据逸出功公式： W 0＝hν0，可得极限频率为： ν0＝－3E 14h.(2)氢原子从n ＝3能级向n ＝1能级跃迁辐射出的光子能量最大，此时从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E km ，则有： hν＝19E 1－E 1＝－89E 1，最大初动能为： E km ＝hν－W 0＝－89E 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫－34E 1＝ －536E 1. 答案：(1)－3E 14h (2)－536E 1。