高中物理第三章原子结构之谜第二节原子的结构检测[粤教版]选修35
2019_2020学年高中物理第3章第2节原子的结构教案粤教版选修3_5
第二节原子的结构[学习目标] 1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象．(重点)2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．(重点)3.知道原子和原子核大小的数量级，原子和原子核的组成及带电情况．(重点)4.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力．一、α粒子散射实验1．汤姆生原子模型(葡萄干布丁模型)汤姆生于1898年提出了原子模型，他设想原子是一个球体，带正电的部分均匀地分布在其中，质量很小的电子则像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内(如图所示)．2．α粒子散射实验(1)实验装置：α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏．(2)实验现象：α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.二、原子的核式结构的提出1．核式结构模型原子的核式结构：原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．2．原子核的电荷与尺度1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)金箔的厚薄对实验无影响．(×)(2)α粒子大角度的偏转是电子造成的．(×)(3)原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)(4)原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)(5)核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)2．(多选)关于α粒子散射实验的现象，下列说法正确的是( )A．绝大部分α粒子穿过金箔后，都不同程度发生了偏转B．极少数α粒子偏转角度超过90°C．α粒子发生偏转的原因是金原子核对它的库仑力D．α粒子发生偏转的原因是金原子核与它发生碰撞时的碰撞力BC [α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，A选项错误，B选项正确；造成α粒子散射角度大的原因，是受到的原子核的斥力比较大，C选项正确，D选项错误．]3．(多选)α粒子散射实验结果表明( )A．原子中绝大部分是空的B．原子中全部正电荷都集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部都集中在原子核上ABD [α粒子散射实验现象为：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来．卢瑟福根据该实验现象提出了原子具有核式结构模型：原子中绝大部分是空的，全部正电荷都集中在原子核上，质量几乎全部都集中在原子核上，A、B、D选项正确，C选项错误．]α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆生原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆生原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．2．否定汤姆生的原子结构模型(1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转．(2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转．(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆生的原子结构模型．3．大角度偏转的实验现象分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分．按照汤姆生原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子散射实验相矛盾．(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子大角度散射是不可能的．【例1】(多选)如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下列说法中正确的是( )A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光AC [在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方。
高中物理第三章原子结构之谜章末复习课学案粤教版选修3-5(2021年整理)
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第三章原子结构之谜章末复习课【知识体系】错误!错误![答案填写] ①汤姆生②卢瑟福③α粒子散射④光谱分析⑤错误!＝R（错误!－错误!)，n＝3,4，5，…⑥能量⑦轨道⑧hν＝E m－E n主题1 对α粒子散射实验及核式结构模型的理解1．实验现象．（1）α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进．（2)少数发生较大的偏转,极少数偏转角超过90°。
（3）有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°。
2．核式结构学说．在原子的中心有一个很小的原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,电子绕核运转．【典例1】(2016·上海卷)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在( )A．电子B．中子C．质子D．原子核解析：α粒子散射实验现象为：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来．卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型: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空间里绕着核旋转,故A、B、C错误，D正确．答案：D针对训练1．α粒子散射实验首次表明了（)A．α粒子带正电B．电子是原子的组成部分C．原子是一个正、负电荷均匀分布的球D．原子中带正电的部分体积很小解析:卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型：原子中心有一很小的核，集中着全部正电荷及几乎全部质量,电子绕核旋转,故D正确．答案：D主题2 玻尔的原子结构模型1．玻尔的原子结构模型可概括为三个要点．（1）能量的量子化E n＝错误!E1(E n为动能、电势能之和)．（2)轨道的量子化r n＝n2r1。
粤教版高二物理选修3-5第三章原子结构之谜..
教学课题 原子结构之谜教学目标 1．了解历史上对原子认识的研究过程，知道电子发现的过程．2．2．知道 粒子散射实验的原理，知道原子的核式结构．3．了解氢原子光谱的不连续性及各个线系．4．了解原子的能级、跃迁、能量量子化以及基态和激发态等概念．5．了解原子能量量子化是如何提出来的，理解原子发射与吸收光子的频率和能级差的关系．6．知道氢原子能级公式，以及能利用能级公式分析一些有关能级的问题．7．能用原子的能级结构解释氢原子的光谱的不连续性．教学重点与难点1．了解这节几种实验的实验思想。
2．理解原子的核式结构。
3．氢原子的能级结构及量子化的理解。
4．氢原子光谱的实验规律。
教学过程知识梳理知识点一、探索阴极射线1．1858 年，德国科学家普吕克尔发现了阴极射线．在一个抽成真空的玻璃管两端加上高压出现绿色荧光，这种奇妙的射线，称为阴极射线．对于阴极射线本质的研究引起了科学家们的普遍关注，对阴极射线的本质有各种猜想．2．1897年，汤姆生采用改进实验装置，根据阴极射线的带电性质，测定了阴极射线的荷质比m e ＝1.758 8×1011 C/kg ，电子的质量约为氢原子质量的18361. 3．1910年，密立根著名的“油滴实验”精确测出了电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，并根据汤姆生测得的阴极射线比荷确定了电子的质量m ＝9.1×10－31 kg.例题精讲例1、关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）A ．阴极射线本质是氢原子B ．阴极射线本质是电磁波C ．阴极射线本质是电子D ．阴极射线本质是 X 射线知识梳理知识点二、电子的发现 汤姆生对阴极射线本质的各种猜想产生了浓厚的兴趣，并设计实验进行研究，通过实验和计算，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知质量最小的氢离子的荷质比大 2 000 倍，经过大量实验研究最后结论是：阴极射线由带负电的粒子组成，且粒子质量比任何一种分子原子质量都小得多，即是电子．例题精讲例2、电子的发现说明了( )A．原子具有复杂的结构 B．原子核具有复杂的结构C．原子由原子核与电子组成 D．原子核由质子和中子组成知识梳理知识点三、α粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构1909－1911年卢瑟福和他的助手做原子核式结构α粒子轰击金箔的实验观察到：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90°，有的甚至被弹回．卢瑟福通过对实验结果进行分析，否定了汤姆生的原子结构模型，提出了核式结构．即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的质量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核旋转．原子半径大约为10－10 m，核半径大约为10－15～10－14 m.例题精讲例3、在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（）A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受到原子核的引力作用B．α粒子一直受到原子核的斥力作用C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D．α粒子一直受到库仑力，速度一直减小知识梳理知识点四、氢原子光谱1．原子光谱．(1)概念：原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称之为原子光谱．(2)规律：①每种原子都有自己特定的原子光谱．②不同的原子，其原子光谱不同，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．(3)应用：可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．2．氢原子的光谱．(1)巴耳末系：从氢气放电管可以获得氢原子的光谱，如图所示，在可见光区域内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号Hα、Hβ、Hγ和Hδ示．1885年，巴耳末发现这四条光谱的波长可以用一个很简单的数学公式表示，这个公式叫巴耳末公式．氢原子光谱在可见光区域和紫外区的14条谱线满足巴耳末公式1λ＝R⎝⎛⎭⎫122－1n2，n＝3,4,5，…R 称为里德伯常量，实验测得R ＝1.097×107 m －1，巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系．(2)其他公式．氢原子光谱在红外区和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的其他公式．如莱曼系在紫外区，公式为1λ＝R ⎝⎛⎭⎫112－1n 2，n ＝2,3,4，… (3)广义巴耳末公式．氢原子光谱的所有谱线满足广义巴耳末公式 1λ＝R ⎝⎛⎭⎫1m 2－1n 2 式中的m 和n 均为正整数，且n ＞m .3．注意．(1)在氢原子光谱图中的可见光区内，随着波长的逐渐减小，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．(2)巴耳末线系中的n 值越大，对应的波长λ越短．(3)巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光． 例题精讲例4、下列说法不正确的是( )A ．巴耳末线系光谱线的条数只有4条B ．巴耳末线系光谱线有无数多条C ．当电子从n 大于2的轨道跃迁到n 等于2的轨道时，所得到的谱线都属于巴耳末线系D ．巴耳末线系在可见光范围内只有4条解析：由巴耳末公式知当电子从n 大于2的轨道跃迁到n 等于2的轨道时，所得到的谱线都属于巴耳末线系，所得到的线系可以有无数条．但在可见光区域只有4条光谱线．故正确的是B 、C 、D.答案：A知识梳理知识点五、原子的能级结构1．原子的能级结构猜想．(1)原子的能量．电子绕原子核运动时具有动能，它与原子核之间具有相互作用，因此电子——原子核这个系统也具有势能，两者之和为原子的能量．(2)原子的能级．由于氢原子光谱是分立的，因此我们猜想原子内部的能量也是不连续的，我们把原子内部不连续的能量称为原子的能级．2．氢原子的能级．(1)玻尔的能级假设：氢原子能级满足：E n＝－Rhcn2，n＝1,2,3，…式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n为正整数，也叫能量量子数．(2)基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级状态称为基态．氢原子在基态的能量为－13.6 eV.(3)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级，较高能级对应的状态称为激发态．(4)氢原子的能级图．3．注意．(1)若使原子电离，外界必须对原子做功输入能量，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核无穷远处即电子和原子核间无作用力时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值均为负值．(2)轨道与能量：对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，轨道半径越大，即n值越大，氢原子能量越高．例题精讲例5、氢原子的基态能量为E1，如图所示，四个能级图正确代表氢原子能级的是()解析：由玻尔能级假设可知，选项C对．答案：C知识梳理知识点六、原子的能级跃迁1．原子的能级跃迁的概念．跃迁是指电子从一个能级变化到另一个能级的过程，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)．2．能级跃迁的频率条件．(1)处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁，并且在这过程中辐射光子．hν＝E m－E n.E m、E n分别为原子跃迁前后的能级．(2)反之，原子吸收了特定频率的光子或者通过其他途径获得能量时便可以从低能级向高能级跃迁，同样也遵循上面的规律．3．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化：(1)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p减小，电子动能增大，由于辐射光子原子能量减小．(2)轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n 能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题．但当光子能量E＞13.6 eV，氢原子能够吸收光子使电子电离，且电子具有动能．(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动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或等于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，均可使原子发生能级跃迁5．原子跃迁时需注意的几个问题：(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．(2)注意直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况的辐射(或吸收)光子的频率数不同.(3)注意跃迁与电离的区别：跃迁是指核外电子从一个能量轨道变化到另一个能量轨道，而电离则是核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子．例题精讲例六、氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为V1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为V2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1解析：氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，E m-E n=hν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光E k-E n=hν2，则从能级k跃迁到能级m有E k-E m=（E k-E n）-（E m-E n）=hν2-hν1，因红光的能量小于紫光的能量，故能量降低辐射光子；故选D．巩固训练1．如图所示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2．(双选)如图所示，为α粒子散射实验的示意图，A 点为某α粒子运动中离原子核最近的位置，则该α粒子在 A 点图，具有（）A．最大的速度 B．最大的加速度C．最大的动能 D．最大的电势能3.( 双选) 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫做原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D．带负电的电子镶嵌在原子核里4．下列氢原子的线系中对波长最短波进行比较，其值最小的是()A．巴耳末系B．莱曼系C．帕邢系D．布喇开系5．下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是()A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量B．原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D．原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的6．用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则________(填入正确选项前的字母)．A．ν0<ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.课后作业1．阴极射线管中的高电压的作用是（）A．使管内气体电离 B．使管内产生阴极射线C．使管内障碍物的电势升高 D．使电子加速2.(双选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C 三个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确（）A．相同时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在 B 位置时观察到屏上的闪光次数最少C．相同时间内放在 C 位置时观察到屏上的闪光次数最少D．放在 C 位置时观察不到屏上有闪光3.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图 3－2－4 中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从 a 运动到 b、再运动到 c 的过程中，下列说法中正确的是（）A．动能先增加，后减少B．电势能先减少，后增加C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零D．加速度先变小，后变大4.卢瑟福通过____________实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型．如果用带箭头的四条线 a、b、c、d 来表示α粒子在图 3－2－5 所示的平面示意图中运动的可能轨迹．请在图中补充完成 b 和 c 两条α粒子运动的大致轨迹．5．(双选)关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是()A．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力B．电子绕核运动的轨道半径只能取某些特定的值，而不是任意的C．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些分立值D ．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率6．大量原子从n ＝4的激发态向低能态跃迁时，产生的光谱线数是( )A ．2条B ．4条C ．6条D ．8条7．氢原子核外的电子从基态跃迁到n ＝2的能级时，吸收的能量为E ，则电子从n ＝2能级跃迁到n ＝3能级时需要吸收的能量是( )A.527EB.13EC.518ED.536E 8．氢原子从能量为E 1的较高激发态跃迁到能量为E 2的较低激发态，设真空中的光速为c ，则( )A ．吸收光子的波长为c ()E 1－E 2hB ．辐射光子的波长为c ()E 1－E 2hC ．吸收光子的波长为ch E 1－E 2D ．辐射光子的波长为chE 1－E 29．按照玻尔理论，氢原子若能从能级A 跃迁到能级B 时，吸收频率为v 1的光子，若从能级A 跃迁到能级C 时，释放频率为v 2的光子。
高中物理 第三章 原子结构之谜章末整合课件 粤教版选修35
针对训练1 (单选)氢原子的核外电子(hé wài diàn zǐ)从距核 较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 () A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大 B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小 C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小 D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大 答案 D
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针对训练2 一个氢原子处于基态(jī tài)，用光子能量为15 eV的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使 之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？ 答案 能 1.4 eV 解析 氢原子从基态(jī tài)n＝1处被完全电离至少吸收 13.6 eV的能量．所以15 eV的光子能使之电离，由能量守 恒可知，完全电离后还剩余动能Ek＝15 eV－13.6 eV＝ 1.4 eV.
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解析 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨 道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子 才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故 B 错； 氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库 仑力提供向心力，即：ker22＝mvr2，又 Ek＝12mv2 则 k2er2＝12 mv2，即 Ek＝k2er2.由此式可知：电子离核越远，r 越大时， 电子的动能越小，故 A、C 错；r 变大时，库仑力对核外 电子做负功，因此电势能增大，则 D 正确．
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uá nz ǐ) 模
玻尔理论假设
定态假设 轨道量子化假设
跃迁假设：
型 玻尔理论
连续光谱：炽热的固体、液体和高
发射光谱 压气体的发射光谱
明线光谱：也叫原子光谱，由稀
原子光谱
(统编版)2020高中物理第三章原子结构之谜3.2原子的结构课时训练粤教版选修3_50(1)
原子的结构基础夯实1.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出()A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的答案A解析α粒子散射实验的结果是大部分α粒子沿原来方向运动,少部分发生大角度偏转,极少数偏转超过90°甚至达到180°,说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上,据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型.2.在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是()A.α粒子先受到原子核的斥力作用,后受到原子核的引力作用B.α粒子一直受到原子核的斥力作用C.α粒子先受到原子核的引力作用,后受到原子核的斥力作用D.α粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小答案B解析α粒子被金原子核散射的过程一直受到原子核对α粒子的库仑斥力作用,靠近过程库仑斥力做负功,电子动能减少,电势能增加;远离过程库仑斥力做正功,电子动能增加,电势能减少.所以散射过程中电子一直受到库仑斥力作用,电子的速度先减小后增大,即正确选项为B.3.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是()答案C解析α粒子运动时受到原子核的排斥力作用,离原子核距离远的α粒子受到的排斥力小,运动方向改变的角度也小,离原子核距离近的α粒子受到的排斥力大,运动方向改变的角度就大,C项正确.4.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面,实线表示一个α粒子的运动轨迹.在α粒子从A运动到B、再运动到C的过程中,下列说法中正确的是() (导学号51160168)A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大粒子从A点经B点到达等势点C的过程中电场力先做负功,后做正功,α粒子的电势能先增加,后减少,回到同一等势线上时,电场力做的总功为零,故C项正确.5.关于α粒子散射实验,下列说法错误的是()A.该实验在真空环境中进行B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光α粒子因为靠近金原子核,受到斥力而改变了运动方向,故D错误,A、B、C都正确.6.α粒子散射实验中,可忽略电子对α粒子的碰撞影响,是因为()A.α粒子与电子根本无相互作用B.α粒子受电子作用的合力为零,是因为电子是均匀分布的C.α粒子和电子碰撞损失能量极少,可忽略不计D.电子很小,α粒子碰撞不到电子粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,但由于电子质量很小,只有α粒子质量的约七千分之一,碰撞时对α粒子的运动影响极小几乎不改变运动方向,就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样,故正确选项为C.7.(多选)关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是()(导学号51160169)A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回,接近180°B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子;当α粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量项是对该实验现象的正确描述,A正确;B项中,使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力,而不是电子对它的吸引力,故B错;C项是对实验结论之一的正确表述;原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量,因核外还有电子,故D错.故正确选项为A、C.8.(多选)在α粒子散射实验中,当在α粒子最接近原子核时,关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪些情况()A.动能最小B.势能最小C.α粒子与金原子核组成的系统能量最小D.α粒子所受金原子核的斥力最大粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小,库仑力做负功,故α粒子动能减少,电势能增加;系统的能量守恒,由库仑定律可知,随着距离的减小,库仑斥力逐渐增大.9.(多选)在α粒子散射实验中,如果两个具有相同能量的α粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的这个α粒子() (导学号51160170)A.更接近原子核B.更远离原子核C.受到一个以上的原子核作用D.受到原子核较大的冲量作用答案AD解析由库仑定律可知,α粒子受的斥力与距离的二次方成反比,α粒子距原子核越近,受斥力越大,运动状态改变得越大,即散射角度越大,A对,B错;由于原子的体积远远大于原子核的体积,当α粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距α粒子相对较远,而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个α粒子并非是由于受到多个原子核作用造成的,C错;当α粒子受到原子核较大的冲量作用时,动量的变化量就大,即速度的变化量就大,则散射角度大,D对.正确选项为A、D.10.(多选)下列对原子结构的认识中,正确的是()A.原子中绝大部分是空的,原子核很小B.电子在核外运动,库仑力提供向心力C.原子的全部正电荷都集中在原子核里D.原子核的直径大约是10-10 m答案ABC解析原子由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成,电子在核外绕核高速运动,库仑力提供向心力,由此可判定B、C项正确;根据α粒子散射实验可知原子核直径的数量级为10-15 m,而原子直径的数量级为 10-10 m,故A项对,D项错.能力提升11.假定质子和中子的质量都是1.67×10-27 kg,而原子核半径大约是10-15 m,请你估算若将剥离了电子的原子核一个挨一个地叠放在一起,求这种材料的密度.(导学号51160171) 答案4×1017 kg/m3解析ρ= kg/m3≈4×1017 kg/m3.12.已知电子质量为9.1×10-31 kg,带的电荷量为-1.6×10-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10m时,求电子绕核运动的速率、频率、动能和等效的电流.(导学号51160172)答案2.186×106 m/s6.57×1015 Hz2.17×10-18 J1.07×10-3 A解析电子绕原子核做匀速圆周运动,电子与核之间的库仑力充当电子绕核旋转的向心力.由向心力公式可求出速率,继而再求出频率、动能、周期、等效电流.根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力,可知k=mv=e=1.6×10-19× m/s≈2.186×106 m/s,而v=2πfr0即f=Hz≈6.57×1015 Hz E k=mv2==J≈2.17×10-18 J设电子运动周期为T,则T=s≈1.5×10-16 s电子绕核的等效电流I=A≈1.07×10-3 A.。
高中物理 第三章 原子结构之谜 第二节 原子的结构自我小测 粤教版选修3-5(2021年最新整理)
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原子的结构1在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的( ）A．万有引力 B．库仑力 C．磁场力 D．核力2在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种情况（）A．动能最小B．势能最小C．α粒子与金原子核组成的系统的能量很小D．所受金原子核的斥力最大3关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是…()A．α粒子穿过原子时，由于α粒子的质量比电子大得多，电子不可能使α粒子的运动方向发生明显的改变B．由于绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，所以使α粒子发生大角度偏转的原因是在原子中极小的区域内集中着对α粒子产生库仑力的正电荷C．α粒子穿过原子时，只有少数粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很小D．使α粒子发生大角度偏转的原因是α粒子穿过原子时，原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等4如图3－2－5所示，X表示金原子核，α粒子射向金核时被散射，设入射的动能相同，其偏转轨道可能是图中的（）图3－2－55在卢瑟福的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．原子的正电荷和几乎全部质量集中在一个核上B．原子内部很“空旷”，原子核很小C．正电荷在原子中是均匀分布的D．电子对α粒子的作用很强6下列对原子结构的认识中，错误的是（)A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10 m7高速α粒子在重原子核电场作用下的散射现象如图3－2－6所示，实线表示α粒子运动的轨迹,虚线表示重核形成电场的等势面．设α粒子经过a、b、c三点时的速度为v a、v b、v c，则其关系为( ）图3－2－6A．v a＜v b＜v c B．v c＜v b＜v a C．v b＜v a＜v c D．v c＜v a＜v b参考答案1解析：该题考查了原子的核式结构、动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识点．α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加;两者相距最近时，动能最小,电势能最大,总能量守恒；根据库仑定律，距离最近时斥力最大．答案：AD2解析:电子的质量很小，当和α粒子作用时，对α粒子不起作用，A正确．α粒子发生了大角度偏转,说明原子核的正电荷和几乎全部的质量集中在一个很小的区域内，所以B、C正确，D错误．答案：ABC3解析：离金核越远的α粒子受到的斥力越小．答案：D4解析:只有原子的正电荷全部集中在一个核上，并且几乎全部质量都集中在这个核上才会使α粒子在很强的库仑力作用下发生大角度偏转，A对．由于只有少数α粒子发生大角度偏转，绝大多数α粒子仍沿原来方向前进，所以可以判断,原子核很小，只有少数α粒子才能正对着它射入而被反射弹回，也可以断定原子内部十分“空旷”,B对．如果正电荷在原子中均匀分布，α粒子射入原子后不会受到很大的库仑力而发生大角度偏转，C错．电子的质量很小,对α粒子的作用十分微弱，几乎不会改变α粒子的运动状态，D错．答案：AB5解析：卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆生模型，提出了原子的核式结构学说,并估算出原子核直径的数量级为10－15 m、原子直径的数量级为10－10 m,原子是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷"的．核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转，所以本题应选D。
2017-2018学年高中物理 第三章 原子结构之谜 第二节 原子的结构教学案 粤教版选修3-5
第二节原子的结构对应学生用书页码1．汤姆生设想原子是一个球体，带正电的部分均匀地分布在其中，质量很小的电子则像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内。
该模型被卢瑟福的α粒子散射实验否定。
2．α粒子散射实验的方法是：用由放射源发射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子偏转情况。
3．α粒子散射实验的目的是：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子的运动方向改变，也就是α粒子发生散射。
统计散射到各个粒子数量，即可推知原子中质量和正电荷的分布情况。
粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎．卢瑟福的原子核式结构模型认为：原子中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了～10－14 m，原子半径的数量级为10－10 m。
对应学生用书页码1.实验装置(放射源——释放α粒子；金箔——靶子；显微镜荧光屏(可转动)——用于观察。
图3－2－12．实验过程α粒子从铅盒射出，经过一条细通道，形成细射线穿过金箔后打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察。
3．实验现象(1)α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进。
(2)少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°。
(3)有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。
4．实验分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以二者发生碰撞时电子不可能使α粒子发生大角度偏转。
(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧的斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不可能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验的现象矛盾。
(3)现象说明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子的大角度散射是不可能的。
(1)整个实验过程在真空中进行，且金箔很薄，α粒子很容易穿过。
高中物理 第三章 原子结构之谜 3.4 原子的能级结构教案 粤教版选修35
3.4 原子的能级结构课堂互动三点剖析一、原子的能级和能级跃迁1.我们把原子内部不连续的能量称为原子的能级.2.跃迁是原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，即不能脱离原子核的束缚，所以在跃迁的过程中，原子放出或吸收的能量必须是量子化的.如当电子从n 轨道跃迁到m 轨道时，其能量变化必须是ΔE=2121m E n E -，当m ＞n 时，ΔE ＞0，原子要吸收能量，当m ＜n 时，ΔE ＜0，原子要释放能量.3.电离是将原子的电子拉出来，使之成为自由电子，只要是电离能大于一定值就可以，没有量子化要求，若有多余的能量，则以电子动能的形式存在.如将在m 轨道的电子电离出来，原子吸收的能量ΔE 只要满足ΔE ＞210m E -就可以了. 二、氢原子的能级丹麦物理学家玻尔提出了能级的理论，他认为氢原子的能级满足E n =2n Rhc -,n=1,2,3，…式中R 为里德伯常数，h 为普朗克常量，c 为光速，n 为正整数，或E n =121E n ,n=1,2,3，….其中E 1=-13.6 eV. 根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时以光子的形式放出能量.原子在始、末两个能级E m 和E n （m ＞n ）间跃迁时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差（h ν=E m -E n ），由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，因此产生的光谱是分立的线状光谱.（如图3-4-1）同样原子也只能吸收一些特定频率的光子，但是，当光子能量足够大时，如光子能量E≥13.6 eV 时，则氢原子仍能吸收此光子并发生电离.图3-4-1当电子从一激发态向任意低一级激发态跃迁时放出光子；当电子从一低能级向高能级跃迁时吸收光子.各个击破【例1】 玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（ ）A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率解析：A 、B 、C 三项都是玻尔提出来的假设.其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念.原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合.答案：ABC类题演练1氢原子从处于n=a 的激发态自发地直接跃迁到n=b 的激发态，已知a ＞b ，在此过程中（ ）A.原子要发出一系列频率的光子B.原子要吸收一系列频率的光子C.原子要发出某一频率的光子D.原子要吸收某一频率的光子解析：氢原子从高能级向低能级跃迁，而且直接跃迁，故原子要发出某一频率的光子，故仅C 项正确.答案：C【例2】 试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n=2轨道上. 解析：氢原子基态对应的能量E 1=-13.6 eV,电子在n=2轨道上时，氢原子的能量为E 2=E 1/22=-3.4 eV.氢原子核外电子从第一轨道跃迁到第二轨道需要的能量：ΔE=E 2-E 1=10.2 eV=1.632×10-18 J由玻尔氢原子理论有：h ν=ΔE,又ν=c/λ,所以λch=ΔEλ=1834810632.11063.6103--⨯⨯⨯⨯=∆E ch m=1.22×10-7 m. 答案：1.22×10-7m类题演练2有一群氢原子处于n=4的能级上，已知氢原子的基态能量E 1=-13.6 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,求（1）这群氢原子的光谱共有几条谱线？（2）这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？解析：（1）这群氢原子的能级如图3-4-2所示，由图可以判断，这群氢原子可能发生的跃迁共有6种，所以它们的谱线共有6条.(2)频率最大的光子能量最大，对应的跃迁能级差也最大，即从n=4跃迁到n=1发出的光子能量最大，根据玻尔第二假设，发出光子的能量：h ν=-E 1(224111-) 代入数据，解得：ν=3.1×1015 Hz.答案：(1)6 (2)3.1×1015 Hz变式提升按照玻尔理论，氯原子处在量子数为n=2和n=3的定态时，其相应的原子能量的绝对值之比|E 2|∶|E 3|=_______________.解析：根据玻尔理论，氢原子的定态能量为E n =E 1/n 2,所以|E 2|∶|E 3|=|212E |∶|213E |=9∶4. 答案：9∶4。
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第三章原子结构之谜
第二节原子的结构
A级抓基础
1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是( )
A．α粒子的散射实验B．对阴极射线的研究
C．天然放射性现象的发现 D．质子的发现
答案：A
2．(多选)下列对原子结构的认识中，正确的是( )
A．原子中绝大部分是空的，原子核很小
B．电子在核外旋转，库仑力提供向心力
C．原子的全部正电荷都集中在原子核里
D．原子核的直径大约是10－10 m
解析：原子是由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成的，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C正确，根据散射实验知原子核直径数量级为10－15 m，而原子直径的数量级为10－10 m，故A正确，D错误．
答案：ABC
3．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )
A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力
B．使α粒子产生偏转的力是库仑力
C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进
D．能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
解析：原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错、B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对．
答案：BCD
4．卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是( )
解析：α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D 正确．
答案：D
B级提能力
5．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( )
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用
B．α粒子一直受到原子核的斥力作用
C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用
D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小
解析：α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，A、C错，B对；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错．答案：B
6．(多选)α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，α粒子符合下列哪种情况( )
A．动能最小
B．势能最小
C．α粒子与金原子组成的系统的能量小
D．所受原子核的斥力最大
解析：α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．
答案：AD
7．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的α粒子( )
A．更接近原子核
B．更远离原子核
C．受到一个以上的原子核作用
D．受到原子核较大的冲量作用
解析：由于原子的体积远远大于原子核的体积，当α粒子穿越某一个原子的空间时，其他原子核距α粒子相对较远，而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个α粒子并非由于受到多个原子核作用，C错；由库仑定律可知，α粒子受到的斥力与距离的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，A对，B错；当α粒子受到原子核较大的冲量作用时，动量的变化量就大，即速度的变化量就大，则散射角度就大，D对．
答案：AD
8.高速α粒子在重原子核电场作用下的散射现象如图所示，实线表示α粒子运动的轨迹，虚线表示重核形成电场的等势面．设α粒子经过a、b、c三点时的速度为v a、v b、v c，则其关系为( )
A ．v a <v b <v c
B ．v c <v b <v a
C ．v b <v a <v c
D ．v c <v a <v b
解析：α粒子和重原子核都带正电，相互排斥，当α粒子靠近重原子核时，电场力做负功，α粒子动能减小，v a >v b .当α粒子远离重原子核时电场力做正功，动能增加，v c >v b .又因为从a 到c 的整个过程中电场力对α粒子做正功，故v a <v c ，所以v c >v a >v b ，选项C 正确．
答案：C
9.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示．图中P 、Q 为轨迹上的点，虚线是过P 、Q 两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是( ) A ．可能在①区域
B ．可能在②区域
C ．可能在③区域
D ．可能在④区域 解析：α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A.
答案：A
10．若氢原子的核外电子绕核做半径为r 的匀速圆周运动，则其角速度ω是多少？电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I 是多少(已知电子的质量为m ，电荷量为e ，静电力常量用k 表示)?
解析：电子绕核运动的向心力是库仑力，因为
ke 2r 2＝m ω2
r ，所以ω＝e r ·k mr ；其运动周期为 T ＝2π ω＝2πr e ·mr k ，其等效电流I ＝e T ＝e 22πr k mr . 答案：e r k mr e 22πr k mr。