原子的结构 能级汇总
![原子的结构 能级汇总](https://img.360docs.net/img41/17ny959wrfupjcc51jjb66hbbjpd5l5c-11.webp)
![原子的结构 能级汇总](https://img.360docs.net/img41/17ny959wrfupjcc51jjb66hbbjpd5l5c-92.webp)
2016年高考物理精品学案之
原子的结构能级
一、考纲要求
二、知识网络
第1讲原子的结构能级
★一、考情直播
1.考纲解读
考纲内容能力要求考向定位
1.氢原子光谱 1.知道汤姆生发现电子同时提考纲对氢原子光谱、能级
2.氢原子的能级结构、能级公式出枣糕模型
2.知道α粒子散射实验及卢瑟
福的核式结构模型
3.知道波尔的三条假设及对氢
原子计算的两个公式和氢原子能级
结构和能级公式均是Ⅰ级要
求.本部分高考的热点是α粒
子散射实验和波尔理论,高考
中以选择题的形式出现.
2.考点整合
考点一卢瑟福的核式结构模型
1.汤姆生在研究阴极射线时发现了,提出了原子的枣糕模型.
2.α粒子散射实验
α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔,结果是穿过金箔后仍沿原来方向前进,发生了较大的偏转,极个别α粒子甚至 .
3.核式结构
卢瑟福从行星模型得到启发,提出了原子的核式结构,这是一种联想思维.
核式结构:在原子的中心有一个很小的,叫原子核,原子的都集中在原子核里,带在核外空间运动.
4.由α粒子散射实验数据还可以估算原子核的大小,卢瑟福估算的结果是:原子核的大小的数量级在以下.
[例题1]如图2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
【解析】α粒子在接近原子核的过程中受到原子核库
仑排斥力的作用,这个力对α粒子做负功,使α粒子的速度减小,动能减小,电势能增大,显然,正确选项应该为BD 答案:BD
【规律总结】本题考查的知识点有两条,一是α粒子与原子核之间的库仑力,二是这个库仑力做负功,距离原子核越近,库仑力越大. 【例题2】.(2008年上海)1991年卢瑟福依据α粒子散射实验中α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.若用动能为1MeV 的α粒子
轰击金箔,则其速度约为_____m/s.(质子和中子的质量均为 1.67×10-27
kg ,1MeV=1
×106
eV )
【解析】根据α粒子散射实验现象,α粒子发生了大角度散射. 同时根据:α
αm E v v m E k
k 22
1
2==
得到 代入数据s m s m v /109.6/10
67.14106.110126
27
196?=??????=-- 答案:大,6.9×106
【规律总结】一是电子伏特与焦耳之间的换算,J ev 19
10
9.11-?=;二是α粒子的质量应
该是两个中子和两个质子的质量和,即:kg m 27
1067.14-??=α.
考点二 波尔模型
1.波尔的三条假设: 1)、能量量子化:原子只能处于一系列 状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫做 .
对氢原子满足:121
E n
E n =
,其中eV E 6.131-= 2)、轨道量子化:原子的 跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动 相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的.
对氢原子满足:12r n r n =,其中m r 10
11053.0-?=.
3)、能级跃迁:原子从一种定态(设能量为E 2)跃迁到另一种定态(设能量为E 1)时,它 一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即12E E h -=ν.
2.氢原子能级图:如图3所示
3.波尔理论的局限性
图3
波尔理论成功解释了氢原子光谱,但对其它原子光谱的解释则不成功,主要原因是波尔
理论过多的保留了经典物理理论.
【例题3
A.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大 B. C. D.原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大
【解析】根据玻尔理论,氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动能量越大,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,选项B可先排除.氢原
子核外电子的绕核运动,由原子核对电子的库仑力作向心力,即r v m r e k 2
22=,电子的动能
r
ke mv E k 2212
2==,离核越远,即r 越大时,电子的动能越小.由此又可排除选项A、C.
①根据库仑力做功的正负,库仑力做正功(电子从离核较远的轨道被“吸”到离核较近的轨道),电势能减小;库仑力做负功(电子从离核较近的轨道克服库仑力运动到离核较远的轨道),电势能增加.
②根据各能级能量的关系:电子在离核不同距离的轨道上运动时,整个原子系统的总能量等于电子绕核运动的动能和系统的电势能之和,即:En=Ekn+Epn , 离核越远时(即量子数n 越大),原子系统的总能量En 越大,而电子的动能Ekn 越小,可见,系统的电势能Epn 一定越大.所以,本题正确答案是D. 答案:D
【规律总结】
1. 量子化的氢原子能量的不连续的
量子化的氢原子,量子数越大,电子离核越远,原子的总能量越大;量子数越小,电子离核越近,总能量越小;在规定离核无穷远处的电势能为零时,氢原子的总能量是负值.
2.库仑力做的功等于电势能变化量的相反数.
特别提醒:
1.原子从低能级向高能级的跃迁:
当光子作用使原子发生跃迁时,只有光子的能量满足12E E h -=ν的跃迁条件时,原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁.(电离除外,比如光子能量为14eV 的光子照射基态氢原子,会使基态的氢原子电离,电离后电子还具有14eV-13.6eV=0.6eV 的初动能.)
当电子等实物粒子作用在原子上,只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,即可使原子受激发而向较高能级跃迁.
2.原子从高能级向低能级的跃迁:
当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时,可能产生的谱线条数为n(n-1)/2; 当一个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时,最多可产生的谱线条数为(n-1),若氢原子的从高能级向某一确定的低能级跃迁,只能产生一条谱线
【例题4】.(2008年海南)质子和中于是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的.两个强作用电荷相反(类似于正负电荷)的夸克在距离很近时几乎没有相互作用(称为“渐近自由”);在距离较远时,它们之间就会出现很强的引力(导致所谓“夸克禁闭”).作为一个简单的模型,设这样的两夸克之间的相互作用力F 与它们之间的距离r 的关系为:
1012
2
0, 0, 0, r r F F r r r r r ??
=-???<<≤≤>
式中F 0为大于零的常量,负号表示引力.用U 表示夸克间的势能,令U 0=F 0(r 2—r 1),取无穷远为势能零点.下列U -r 图4示中正确的是
图4 答案:B
【解析】当两夸克之间的距离r r 1时,两夸克之间不存在相互作用力,引力的功为零,必有势能保持不变,由于取无穷远为零势能点,此时的势能应为负值.当21r r r ≤≤时,两夸克之间存在吸引力,此时夸克间的距离变大,引力做负功,势能增加,即其绝对值应该减小.考虑到引力为恒力,引力的功随距离均匀增大,必有势能均匀增加.当r r 2时,两夸克间的相互作用力为零,引力的功必为零,势能不变,一直到两夸克相距无穷远,势能应该为零.答案应为B.
【规律总结】库仑力做正功,电势能减小;库仑力做负功,电势能增加;库仑力做多少功,电势能就变化多少.库仑力不做功,电势能不变.
【例题5】 按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为ra 的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb 的圆轨道上(ra >rb ),在此过程中 A.原子发出一系列频率的光子 B.
C.原子要吸收某一频率的光子 D.原子要发出某一频率的光子 答案:D
【解析】氢原子的轨道与其量子数是一一对应关系,电子自一半径为ra 的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb 的圆轨道上(ra >rb ),对应着电子从一种定态跃迁到另一种定态,其量子数变小,显然为惟一一组量子数,应该放出一定频率的光子.
【规律总结】一个氢原子最多可以产生的谱线数是n-1条,但当原子的初、末状态确定时,只能产生一条谱线.
★二、高考热点探究
1. 关于α粒子散射实验及卢瑟福核式结构
---
【真题1】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 .带负电的电子在核外绕着核旋转 答案:A 、C 、D
【名师指引】本题考查了卢瑟福核式结构的主要内容:原子的中心有个核,叫做原子核.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,原子核的直径在10-15m 以下,原子内大部分是空的,电子在核外绕着核高速旋转. [新题导练1]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5所示的平面示意图中运动的可能轨迹.请在图5中补充完成b 和c 两条α粒子运动的大致轨迹.
2.关于氢原子跃迁时产生谱线的数目、光子能量、光子波长的计算
【真题2】用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再次进行规测,发现光谱线的数目原来增加了5条.用△n 表示两次观测中最高激发态的量子数n 之差,E 表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图5可以判断,△n 和E 的可能值为
A. △n =1,13.22cV <E <13.32cV
B. △n =2,13.22eV <E <13.32eV
C. △n =1,12.75cV <E <13.06cV
D. △n =2,12.75cV <E <13.06cV 答案:A 、D
【名师指引】当量子数为n 时,产生的光子频率的个数为n(n-1)/2,可以列出下面的表格:
N 1 2 3 4 5 6 7 N(n-1)/2
0 1 3 6 10 15 21
由表格中可以发现光谱线的数目比原来增加了5条所对应的量子数为n=2和n=4;n=6和n=5,经检验,其他的量子数不存在光谱线的数目比原来增加了5条这一情况.
显然,对于量子数为n=6和n=5,△n =1,调高后电子的能量E 大于E 5-E 1=13.22eV ,而小于E 7-E 1=13.32eV ,故A 正确.
同理,对于量子数为n=4和n=2,△n =2,调高后电子的能量E 大于E 4-E 1=12.75eV ,而小于E 5-E 1=13.06eV ,故D 正确
图5
图5
【新题导练2】 氢原子从能级A跃迁到能级B时,辐射出波长为1λ的光,从能级A跃迁到能级C时,辐射出波长为2λ的光子,若21λλ ,则氢原子从能级B跃迁到C能级时,将 (填辐射或吸收)光子,光子的波长为 .
【真题3】处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时, 只发射波长为1λ、2λ、3λ的三种单色光,且 1λ>2λ>3λ,则照射光的波长为 A .1λ B .1λ+2λ+3λ C .
323
2λλλλ+
D .
2
12
1λλλλ+
答案: D
【名师指引】处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时, 只发射三种波长的光子,说明是从量子数n=3向低能级跃迁的.根据氢原子能级图,两能级差越大,发射的光子能量越大,其波长越短.所以3λ是由量子数n=3到量子数n=1跃迁产生的.这样就要求处于基态的氢原子吸收了入射光的能量跃迁到量子数n=3能级,所以,照射光的光子能量应该等于2
1
λλλ
c
h
c
h
c
h
+=,选项D 正确.
【新题导练3】图6示为氢原子的能级图,用光子能量为13.07eV 的光照射一群处于基态的氢原子,可能观测到氢原子发射的不同波长有多少种? A .15 B .10 C .4 D .1
★三、抢分频道
要求:每一讲配一个限时基础训练卷(活页装订),全部为基础题,题量一般为10个题,排成一页;如果是各地的模拟题,也要注明题的出处,可以是广东各地的,也可以是全国其他地方的.“基础提升训练”一般4~6道题,“能力提高训练”一般3~4道题.总体难度在2014年版的基础上要有所降低,突出基础. 1.限时基础训练卷(活页装订) 2.基础提升训练 3.能力提高训练
图6
◇限时基础训练(20分钟)
班级姓名成绩
1.在氢原子中,量子数n越大,则
A.电子轨道半径越小
B.核外电子速度越小
C.原子的能量越小
D.原子的电势能越小
2.卢瑟福于1911年提出原子核式结构学说,下述观点不正确的是
A.
B.
C.
D.原子核的半径大约是10-10
3.卢瑟福α粒子散射实验的结果
A.
B.
C.
D.
4. 设氢原子的基态能量为E1。某激发态的能量为E,则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时,所______________(填“辐射”或“吸收”)的光子在真空中的波长为________。
5.玻尔在他的原子模型中所做的假设有
A.原子处于定态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道运动相对应,所以电子的可能轨道分布是不连续的
C.
D.
6.原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时
A.核外电子受力减小
B.
C.核外电子的动能减小
D.
7.一群处于n=4的激发态的氢原子,向低能级跃迁,可能发射的谱线为
A.3条
B.4条
C.5条
D.6条
8.对于基态氢原子,下列说法正确的是()
A、它能吸收10.2eV的光子
B、它能吸收11eV的光子
C、它能吸收14eV的光子
D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能
9.北京奥运会场馆建设中,大量采用环保新技术,如场馆周围的路灯用太阳能电池供电、洗浴热水能过太阳能集热器产生等.太阳能产生于太阳内部的核聚变,其反应方程是A.411H→42He+201e B.147N+42He→178O+11H
C .
23592
U+10n →13654Xe+ 9038Sr+1010n D .23892U →23490Th +4
2He 10.下列叙述中,符合历史事实的是
A .汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子
B .法拉第发现了电磁感应现象
C .贝克勒尔通过对天然放射现象的研究发现了原子的核式结构
D .牛顿总结出了万有引力定律并测出了万有引力常量
◇基础提升训练
1.如图所示,为氢原子的能级图,若用能量为10.5ev 的光子去照射一群处于基态的氢原子,则氢原子:
A 、能跃迁到n=2的激发态上去
B 、能跃迁到n=3的激发态上去
C 、能跃迁到n=4的激发态上去
D 、以上三种说法均不对
2.右图是氢原子第1、2、3能级的示意图.处于基态的氢原子吸收了一个光子a 后,从基态跃迁到第3能级.然后该氢原子自发地放出一个光子b 后,由第3能级跃迁到第2能级;接着又自发地放出一个光子c 后,由第2能级跃迁到第1能级.设a 、b 、c 三个光子的频率依次为ν1、ν2、ν3,波长依次为λ1、λ2、λ3,下列说法中正确的是
A.a 、b 、c 三个光子都是可见光光子
B.ν1=ν2+ν3
C.λ1=λ2+λ3
D.ν1>ν2>ν3
3.已知氢原子的能级规律为E 1=-13.6eV E 2=-3.4eV 、E 3=-1.51eV 、 E 4=-0.85eV .现用光子能量介于 11eV ~12.5eV 范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子,则下列说法中正确的是
A .照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有 1 种
B .照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种
C .激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有 3 种
D .激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有 2 种
4.下列观点正确的是
A .用电磁波照射某原子,使它从能量为E 1的基态跃迁到能量为E 2的激发态,电子动能减小,原子电势能增大,原子能量不变
B .用电磁波照射某原子,使它从能量为E 1的基态跃迁到能量为E 2的激发态,则该电磁波的频率等于(E 2-E 1)/h
C .原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量.
D .氢原子的核外电子从n=4能级轨道向低能级轨道跃迁所辐射的光子的频率最多有8种 5. 在氢原子光谱中,电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末线系.若一群氢原于自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系,则这群氢原子自发跃迁时最多可发出____________条不同频率的谱线.
◇能力提升训练
1. 在卢瑟福的a 粒子散射实验中,有极少数a 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 、正电荷在原子中是均匀分布的 C 、原子中存在着带负电的电子
题2
题1
D、原子只能处于一系列不连续的能量状态中
2.对于基态氢原子,下列说法正确的是()
A、它能吸收10.2eV的光子
B、它能吸收11eV的光子
C、它能吸收14eV的光子
D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能
3. 设氢原子的基态能量为E1.某激发态的能量为E,则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时,所________________-(填“辐射”或“吸收”)的光子在真空中的波长为________.
4、原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验现象提出的?()
A、光电效应现象
B、氢光谱实验
C、a粒子散射实验
D、阴极射线的有关现象
5、根据玻尔理论,氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后()
A、原子的能量增加,电子的动能减少
B、原子的能量增加,电子的动能增加
C、原子的能量减少,电子的动能减少
D、原子的能量减少,电子的动能增加
6、图为氢原子n=1,2,3,4的各个能级示意图.处于n=4能量状态的氢原子,当它向较低能级发生跃迁时,发出的光子能量可能为()
n E/eV
4 ________________________ -0.85
3 ________________________ -1.51
2 ________________________ -3.4
1 ________________________ -13.6
题6
A、2.55eV
B、13.6eV
C、12.75eV
D、0.85eV
7. 一群处于基态的氢原子吸收了某种单色光光子后,能够向外辐射三种频率的光,这三种频率的光的光子能量人别为E1、E2、E3,其间关系为E1 A、E=E1 B、E=E2 C、E=E3 D、E=E1+E2 8. 欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是: A、用10.2ev的光子照射 B、用11ev的光子照射 C、用14ev的光子照射 D、用11ev的电子碰撞 9. 氢原子核外电子在第2条轨道和第3条轨道运动时,电子的动能之比E k2:E k3=______, 动量之比为p2:p3=_________,运动周期之比T2:T3=_________. 10. 氢原子的核外电子质量为m,电量为e,在离核最近的轨道上运动,轨道半径为r1.(1)电子运动的动能E k是多少? (2)电子绕核转动的频率f是多少? (3)氢原子核在电子轨道处产生的电场强度E为多大 第十二章 原子物理参考答案 第1讲 原子的结构 能级 ★一、考情直播 考点参考答案: 考点一:1.电子 2. 绝大多数α粒子;少数α粒子;被金箔反弹3. 核;全部正电荷和几乎全部质量;负电的电子4. 10-14m 考点二:1. 1)不连续的能量;定态2). 不同能量状态;轨道;3)辐射或吸收 ★二、高考热点探究 新题导练1:卢瑟福通过α粒子实验提出了原子的核式结构理论,离核越近的α粒子偏转角度越大,正对着原子核的射来的α粒子被原子核反弹,所以正确的轨迹图如图所示. 对于c ,最好是画出反弹的径迹与原来的径迹分离开,这 样可以看出α粒子被金原子核反弹;另外对于b ,其散射角一定要大于a ,否则是错误的. 新题导练2. 21λλ ,必有21νν ,即由能级A跃迁到能级C时发出的光子能量大,光子的频率大,如图7所示,显然,由能级B跃迁到能级C时氢原子应该辐射一个光子,满足: A B E E c h -=1 λ……○ 1 A C E E c h -=2 λ……○ 2 B C E E c h -=3 λ……○ 3 由○ 2-○1得:B C E E c h c h -=-12 λλ……○ 4 由○3○4解得: 2 12 13 λλλλλ-= 新题导练3:B 限时基础参考答案 1.答案:B 【解析】在氢原子中,量子数n 越大,则电子离原子核越远,其轨道半径越大,A 错;依据 库仑力提供电子绕核运动的向心力r v m r e k 222=,得到r e k mv E k 2212 2==,可见,轨道半 径越大,其动能越小,速度越小,B 错;根据eV n E n 26 .13- =,n 越大,能量越大,C 错;电子在远离核的过程中,库仑力做负功,电势能增加,量子数n 越大,电子离原子核越远,电势能越大,D 正确. 2. 答案:D 【解析】卢瑟福的原子核式结构内容为:原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,电子在核外绕原子核旋转,原子中绝大部分是空的,原子核的半径大约是10-15米,所以正确答案为D 3.答案:C 【解析】卢瑟福是根据α粒子散射实验的结果提出原子的核式结构的,答案为C 4.答案:辐射 【解析】1E E c h -=λ 所以1 E E hc -= λ 5.答案:ABC 【解析】熟记波尔三条假设的内容,可知ABC 正确 6. 答案:D 【解析】原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,库仑力增大,且库仑力做正功,必有核外电子受力变大,原子能量变小,动能变大,势能变小,D 正确 7. 答案:D 【解析】一群氢原子向低能级辐射可能发射谱线为n(n-1)/2=6,D 正确 8. 答案:ACD 【解析】10.2eV 刚好是n=1、n=2的能极差,而11eV 不是,由玻尔政府知A 正确。基太氢原子也能吸收14eV 的光子而电离,电离后自由电子动能为0.4eV 。它也可吸收动能为11eV 的电子的部分能量(10.2eV),剩余0.8eV 仍为原来电子所有。所以应选ACD 。 9.【答案】A 【解析】只有A 是核聚变方程;B 是核的人工转变;C 是核裂变;D 是衰变 10.【答案】AB 【解析】略 ◇基础提升训练参考答案 1. 【答案】D (当光子的能量等于任意两个能级之间的能量差时,才能跃迁,题中所给的能量10.5ev 不等于任意两能级之差,所以不能跃迁) 2. 【答案】B 【解析】只有b 是可见光,三个光子的能量显然满足321νννh h h +=,正确答案应为B 3.【答案】AC 【解析】只有n=1至n=3的能级差在光子的能量范围内,选A ;吸收光子的能量后跃迁到n=3能级,可以产生3种光子,选C 4.【答案】BC 【解析】原子的量子数越大,总能量越大,A 错、应选B ;C 是波尔假设中的一条,正确 5. 【答案】6 【解析】属于巴尔末系的是从各能级跃迁到n=2,形成的,有两条属于巴尔末系,显然是从n=3到n=2和n=4到n=2形成的,当氢原子从n=4向低能级跃迁时可以形成的光子数为4×3/2=6种 ◇能力提升训练参考答案 1. 【答案】A 由于电子与a 粒子质量的悬殊,所以可判断:使a 粒子偏转的不可能是带负电的电子;又由于只有极少数a 粒子发生大角度偏转,所以又可判断:原子的正电荷和绝大 部分质量集中在一个很小的范围内.故选A . 2. 10.2eV 刚好是n=1、n=2的能极差,而11eV 不是,由玻尔政府知A 正确.基太氢原子也能吸收14eV 的光子而电离,电离后自由电子动能为0.4eV .它也可吸收动能为11eV 的电子的部分能量(10.2eV),剩余0.8eV 仍为原来电子所有.所以应选ACD . 3. 根据玻尔原子理论知:氢原子核外电子从高能态跃迁到低能态时,应辐射出光子,而能级差即为光子能量 E 0=E-E 1 另外,光子能量E 0与光波长λ间的关系为 λ hc E = 0. 其中h 为普朗克常量,c 为真空中光速,由此可解得 () 1E E hc -= λ 此例答案:辐射, () 1E E hc - 4.C 【解析】略 5.D 【解析】由外层跃迁到内层,库仑力做正功,电势能减小,动能增加,量子数减小,总能量减小 6.AC 【解析】略 7.CD 【解析】处于基态的氢原子吸收了某种单色光光子后跃迁到最高能级放出的光子能量等于三个光子中能量最大的那个,显然CD 正确 8.ACD 【解析】由氢原子能级结构可算出,10.2ev 刚好为氢原子n=1和n=2的两能级之差,而11ev 则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差,因而氢原子只能吸收前者,不能吸收后者。对于14ev 的光子,其能量大于氢原子的电离能(13.6ev ),足以使氢原子电离,使电子脱离核的束缚而成为自由电子,因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制。用电子去碰撞原子时,入射电子的动能可以部分或全部被氢原子吸收,所以只要入射电子动能大于或等于基态和某个激发态能量之差,也可以使氢原子激发。 9.【答案】9:4,2:3,33:22 【解析】: 库仑力提供向心力n n n n n r T m r v m r e k 2 2 222??? ? ??==π,式中12 r n r n = 得到:n n n k r r e k mv E 1 2122∝==,显然比值为9:4 得到:n k r mE P 12∝ = ,显然比值为2:3 得到:3n r T ∝ ,显然比值为33:22 10.【答案】(1)1 2 2r ke E k = (2)112mr k r e f π= (3)21 r ke E = 【解析】: 库仑力提供向心力()12 1212122r f m r v m r e k π==, 得到:1 2 21221r e k mv E k == 1 12mr k r e f π= 电场强度:21 r e k E = 原子的核式结构模型 【学习目标】 1、知识与技能 (1)了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据;(2)知道粒子散射实验的实验方法和实验现象,及原子核式结构模型的主要内容。 2、过程与方法 (1)通过对粒子散射实验结果的讨论与交流,培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力; (2)通过核式结构模型的建立,体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用; (3)了解研究微观现象。 3、情感、态度与价值观 (1)通过对原子模型演变的历史的学习,感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神; (2)通过对原子结构的认识的不断深入,使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的,领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 【自主学习】 填一填:卢瑟福对α粒子散射实验中少数粒子大角度偏转分析后提出了原子的核式结构模型,即占因原子质量绝大部分的带正电的物质体积很小而被称为原子核,其半径R的数量级为10-15m。通过α粒子散射实验确定各元素原子核的电荷量,从而推断原子内的电子数。 【典例剖析】 [例题1] 在α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,α粒子符合下列哪些情况( ) A.动能最小 B.势能最小 C.α粒子与原子核组成的系统能量最小 D.所受原子核斥力最大 [例题2]实验测得α粒子与金核作对心碰撞时所能达到的离金核的最小距离约为2×10—14m,由此数据估算金核的密度(金原子序数79,质量数197)。 【课堂训练】 1.下列叙述中,符合物理学史实的是 A.汤姆生发现了电子,并由此提出了原子的核式结构学说 原子的核式结构 一、教学目标 1.知识与技能 ①了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。 ②知道ɑ粒子散射实验的实验方法和实验现象以及原子核式结构模型的主要内容。 2.过程与方法 ①通过对ɑ粒子散射实验结果的讨论与交流,培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。 ②通过核式结构模型的建立,体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。 ③了解研究微观现象的方法。 3.情感态度与价值观 ①通过对原子模型演变的历史的学习,感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 ②通过对原子结构的认识的不断深入,使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的,领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 二、教学重点 ①引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定“枣糕模型”,得出原子的核式结构。 ②在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法,渗透三个物理学方法:模型方法,黑箱方法和微观粒子的碰撞方法。 三、教学难点 引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定“枣糕模型”,得出原子的核式结构模型。 四、教学资源 多媒体教学设备、PPT多媒体课件、网上下载的FLASH小课件。 五、教学过程 1.回顾历史,引入新课 通过播放1964年我国第一颗原子弹爆炸成功的视频,介绍人类现在已经开始利用原子的核能,其实早在1897年,汤姆孙就发现了电子,使人类第一次敲开原子世界的大门,今天我们就循着前人的足迹研究原子内部结构的发现过程。 2.发现电子,提出问题 汤姆孙发现电子,根据原子呈电中性,原子内还有带正电部分,那么原子内部具有怎样的结构呢?汤姆孙提出了原子的葡萄干布丁模型,动画展示原子葡萄干布丁模型,汤姆孙的原子葡萄干布丁模型虽然能够解释一些物理现象,但无法解释卢瑟福α粒子散射实验3.ɑ粒子散射实验原理、装置、实验现象 ɑ粒子散射实验的装置,主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。ɑ粒子散射实验在课堂上无法直接演示,利用动画向学生模拟实验的装置、过程和现象,使学生获得直观的切身体验,留下深刻的印象。通过多媒体重点指出,荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动,从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的ɑ粒子。动画展示实验中,通过显微镜观察到的现象,并且要让学生了解,这种观察是非常艰苦细致的工作,所用的时间也是相当长的。α粒子散射实验的数据 教师适时提问:根据以上实验数据,用科学语言表述实验结果: 学生分组讨论交流得到实验结果:绝大多数沿原来的方向前进,少数发生了较大偏转,极少数发生大角度偏转。 教师再次提问:根据汤姆孙原子模型分析,α粒子轰击金箔后应出现什么情况? ①α粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的? ②按照汤姆孙原子模型,α粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转? 学生分组讨论交流得到结果: 物理总复习:原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论 【考纲要求】 1、知道卢瑟福的原子核式结构学说及α粒子散射实验现象 2、知道玻尔理论的要点及氢原子光谱、氢原子能级结构、能级公式 3、会进行简单的原子跃迁方面的计算 【知识网络】 【考点梳理】 考点一、原子的核式结构 要点诠释: 1、α粒子散射实验 (1)为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构:原子的结构非常紧密,一般的方 法无法探测它。α粒子是从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的高速运动的粒子,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7300倍。 (2)实验装置:放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘组成。荧光屏、放大镜能围 绕金箔在圆周上转动,从而观察到穿过金箔偏转角度不同的α粒子。 (3)实验现象:大部分α粒子穿过金属箔沿直线运动;只有极少数α粒子明显地受到 排斥力作用而发生大角度散射。绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进,少数α 粒子发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子偏转角超过了90°,有的甚至被弹回,偏转 角几乎达到180°。 (4)实验分析:①电子不可能使α粒子大角度散射;②汤姆孙原子结构与实验现象不符; ③少数α粒子大角度偏转,甚至反弹,说明受到大质量大电量物质的作用。④绝大多数 α粒子基本没有受到力的作用,说明原子中绝大部分是空的。 记住原子和原子核尺度:原子1010-m ,原子核1510-m 2、原子的核式结构 卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析,于1911年提出了原子的核式结构学说:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎所有的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。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数。 原子的半径大约是1010-m ,原子核的大小约为1510-m ~1410-m 。 【例题】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. 【解析】英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进,但有少数α粒子发生较大的偏转。α粒子散射实验只发现原子核可以再分,但并不涉及原子核内的结构。查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子,卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现了质子。 【答案】AC 考点二、玻尔的氢原子模型 要点诠释: 1、玻尔的三条假说 (1)轨道量子化:原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值; (2)能量状态量子化:原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中,在这些状态中,原子是稳定的,不辐射能量; (3)跃迁假说:原子从一种定态向另一种定态跃迁时,吸收(或辐射)一定频率的光子,光子能量21E h E E ν==-。 2、氢原子能级 (1)氢原子在各个能量状态下的能量值,叫做它的能级。最低的能级状态,即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态,处于基态的原子最稳定,其他能级叫激发态。 (2)氢原子各定态的能量值,为电子绕核运动的动能E k 和电势能E p 的代数和。由1 2 n E E n =和E 1=-13.6 eV 可知,氢原子各定态的能量值均为负值。因此,不能根据氢原子的能级公式12n E E n =得出氢原子各定态能量与n 2成反比的错误结论。 (3)氢原子的能级图: 原子的核式结构 原子的核式结构玻尔理论天然放射现象 一、知识点梳理 1、原子的核式结构 (1)粒子散射实验结果:绝大多数粒子沿原方向前进,少数粒子发生较大偏转。 (2)原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.(3)原子核的大小:原子的半径大约是10-10米,原子核的半径大约为10-14米~10-15米. 2、玻尔理论有三个要点: (1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的.电子虽然绕核旋转,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态. (2)原子从一种定态跃迁到另一定态时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定.即hν=E2-E1 (3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动.原子的定态是不连续的,因而电子的可能轨道是分立的. 在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,各状态对应的能量也是不连续的,这些不连续的能量值的能量值叫做能级。 3、原子核的组成核力 原子核是由质子和中子组成的.质子和中子统称为核子. 将核子稳固地束缚在一起的力叫核力,这是一种很强的力,而且是短程力,只能在2.0X10-15的距离内起作用,所以只有相邻的核子间才有核力作用. 4、原子核的衰变 (1)天然放射现象:有些元素自发地放射出看不见的射线,这种现 象叫天然放射现象. (2)放射性元素放射的射线有三种:、射线、射线, 这三种射线可以用磁场和电场加以区别,如图 15.2-1所示 (3)放射性元素的衰变:放射性元素放射出粒子或粒子后,衰变成新的原子核,原子核的这种变化称为衰变.衰变规律:衰变中的电荷数和质量数都是守恒的.(4)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期.不同的放射性元素的半衰期是不同的,但对于确定的放射性元素,其半衰期是确定的.它由原子 2016年高考物理精品学案之 原子的结构能级 一、考纲要求 二、知识网络 第1讲原子的结构能级 ★一、考情直播 1.考纲解读 考纲内容能力要求考向定位 1.氢原子光谱 1.知道汤姆生发现电子同时提考纲对氢原子光谱、能级 2.氢原子的能级结构、能级公式出枣糕模型 2.知道α粒子散射实验及卢瑟 福的核式结构模型 3.知道波尔的三条假设及对氢 原子计算的两个公式和氢原子能级 结构和能级公式均是Ⅰ级要 求.本部分高考的热点是α粒 子散射实验和波尔理论,高考 中以选择题的形式出现. 2.考点整合 考点一卢瑟福的核式结构模型 1.汤姆生在研究阴极射线时发现了,提出了原子的枣糕模型. 2.α粒子散射实验 α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔,结果是穿过金箔后仍沿原来方向前进,发生了较大的偏转,极个别α粒子甚至 . 3.核式结构 卢瑟福从行星模型得到启发,提出了原子的核式结构,这是一种联想思维. 核式结构:在原子的中心有一个很小的,叫原子核,原子的都集中在原子核里,带在核外空间运动. 4.由α粒子散射实验数据还可以估算原子核的大小,卢瑟福估算的结果是:原子核的大小的数量级在以下. [例题1]如图2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 【解析】α粒子在接近原子核的过程中受到原子核库 仑排斥力的作用,这个力对α粒子做负功,使α粒子的速度减小,动能减小,电势能增大,显然,正确选项应该为BD 答案:BD 【规律总结】本题考查的知识点有两条,一是α粒子与原子核之间的库仑力,二是这个库仑力做负功,距离原子核越近,库仑力越大. 【例题2】.(2008年上海)1991年卢瑟福依据α粒子散射实验中α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.若用动能为1MeV 的α粒子 轰击金箔,则其速度约为_____m/s.(质子和中子的质量均为 1.67×10-27 kg ,1MeV=1 ×106 eV ) 【解析】根据α粒子散射实验现象,α粒子发生了大角度散射. 同时根据:α αm E v v m E k k 22 1 2== 得到 代入数据s m s m v /109.6/10 67.14106.110126 27 196?=??????=-- 答案:大,6.9×106 【规律总结】一是电子伏特与焦耳之间的换算,J ev 19 10 9.11-?=;二是α粒子的质量应 该是两个中子和两个质子的质量和,即:kg m 27 1067.14-??=α. 考点二 波尔模型 1.波尔的三条假设: 1)、能量量子化:原子只能处于一系列 状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫做 . 对氢原子满足:121 E n E n = ,其中eV E 6.131-= 2)、轨道量子化:原子的 跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动 相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的. 对氢原子满足:12r n r n =,其中m r 10 11053.0-?=. 3)、能级跃迁:原子从一种定态(设能量为E 2)跃迁到另一种定态(设能量为E 1)时,它 一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即12E E h -=ν. 2.氢原子能级图:如图3所示 3.波尔理论的局限性 图3 量子理论初步、原子的核式结构 (一) 玻尔的原子模型理论: 1、定态理论:原子只能处于一系列不连续的能量状态之中,在这些状态之中原子是稳定的,电子虽然绕 核运动,但不向外辐射能量,这些状态叫做定态。 2、跃迁理论:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两 种定态之间的能量差决定,即: h v = E 初-E 末。 3、 轨道量子化理论:原子的不同能量状态跟电子沿不同的轨道绕核运动相对应。 原子的定态是不连续的, 因此电子的可能轨道也是不连续的。 (二) 氢原子的能级的概念和跃迁 1、 氢原子的能级: 氢原子的能级公式为:E n =E 1,对应的轨道半径公式为 r n = n 2 r i ,其中n 称为量子数,只能取正整数, n E i = — 13.6eV ,是基态能量的值;r i =0.53X 10-10m ,是基态轨道半径的值。 2、 氢原子各定态的能量的值,为电子绕核运动的动能 E K 和势能E P 的代数和,因为在选无穷远处的电势 能为 零的情况下,各定态的电势能均为负值,其大小总是大于同一定态的动能值,所以各定态的能量值 E 1 均为负值,因此不能根据能级公式 E n = 1,得出氢原子各定态能量与 n 2成反比的结论。 n 3、原子跃迁的条件:h v = E 初-E 末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,但光子和 原子作用而使原子电离时则不受此条件的限制。这是因为原子一旦电离,原子结构即遭破坏,因而不再 遵守玻尔原子模型的理论。此外实物粒子与原子相互作用而使原子激发时,也不受上述条件的限制。 【例题1】氢原子辐射出一个光子后,则: A 、 电子绕核旋转半径增大; B 、 电子的动能增大; C 、 氢原子的电势能增大; D 、 原子的能级值增大。 【分析与解答】选 B 由玻尔原子模型理论可知,氢原子辐射光子后,应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁 过程中,电场力对电子做了正功,因而电势能减小。另由经典的电磁理论,电子绕核做匀速圆周运动的向 心力即为氢核对电子的库仑力。 可见,电子运动半径越小,其动能越大。氢原子放出光子,辐射出一定能量,所以原子的总能量减小。 (三) 原子核式结构的发现: 1、 电子的发现:汤姆生发现电子,电子是原子的组成部分; 2、 汤姆生原子模型(枣糕模型):原子是一个球体,正电荷均匀分布,电子象枣糕里的枣子嵌在原子里。 3、 a 粒子散射实验: 实验结果:(1)绝大多数的a 粒子不发生偏转; (2)少数a 粒子发生较大的偏转; (3)极少数a 粒子 发生大角度的偏转(甚至被反弹回来) 。 实验结果与汤姆生模型推算出来的结果根本不符合。 (四) 卢瑟福原子模型(核式模型): 1、在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核。 2 2 e v K —2 = m ——, r r 所以 E K = 1 mv 2 = 2 Ke 2 2r 第四单元原子的核式结构和能级跃迁 (时间:90分钟,满分:100分) 一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确.全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选或不答的得0分.) 1.卢瑟福的α粒子散射实验的结果() A.证明原子中绝大部分是空的 B.证明了质子的存在 C.证明了原子核是由质子和中子组成的 D.说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上 2.卢瑟福对α粒子散射实验的解释是() A.使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对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.能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子 3.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 4.关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系,下列说法正确的是() A.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 B.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 C.卢瑟福的α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α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论 5.如图所示,X表示金原子核,α粒子射向金核被散射,设入射的动能相同,其偏转轨道可能是图中的() 6.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 第十八章原子结构 新课标要求 1.内容标准 (1)了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验. 例1 用录像片或计算机模拟,演示α粒子散射实验. (2)通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构. 例2 了解光谱分析在科学技术中的应用. 2.活动建议 观看有关原子结构的科普影片. 新课程学习 高中物理:原子的核式结构模型教案 ★新课标要求 (一)知识与技能 1.了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据. 2.知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象,及原子核式结构模型的主要内容. (二)过程与方法 1.通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流,培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力. 2.通过核式结构模型的建立,体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用. 3.了解研究微观现象. (三)情感、态度与价值观 1.通过对原子模型演变的历史的学习,感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神. 2.通过对原子结构的认识的不断深入,使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的,领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义. ★教学重点 1.引导学生小组自主思考讨论在于对 粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型,得出原子的核式结构; 2.在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法,渗透三个物理学方法:模型方法,黑箱方法和微观粒子的碰撞方法; ★教学难点 引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型,得出原子的核式结构 ★教学方法 教师启发、引导,学生讨论、交流. ★教学用具: 投影片,多媒体辅助教学设备 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 (一)引入新课 讲述:汤姆生发现电子,根据原子呈电中性,提出了原子的葡萄干布丁模型. 学生活动:师生共同得出汤姆生的原子葡萄干布丁模型. 点评:用动画展示原子葡萄干布丁模型. 第四节原子的能级结构 学习目标知识脉络 1.了解能级、基态和激发态的 概念. 2.理解原子发射和吸收光子 的能量与能级差的关系.(重 点) 3.能用玻尔原子理论简单解 释氢原子光谱.(难点) 4.知道氢原子的能级图.(重 点) 能级结构猜想 [先填空] 1.猜想:氢气在放电过程中,氢原子的能量也在减少.如果能量是连续减 少的,那么形成的光谱必定是连续谱,但是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. 2.能级:原子内部不连续的能量称为原子的能级. 3.跃迁:原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁. 4.光子频率与能级差 关系式:hν=E m-E n. [再判断] 1.处在高能级的原子自发地向低能级跃迁,这个过程中要吸收光子.(×) 2.原子吸收了特定频率的光子或通过其他途径获得能量时,可从低能级向 高能级跃迁.(√) 3.原子从低级跃迁到高能级,原子只吸收确定的能量,剩余的能量作为电 子碰撞后运动的动能.(√) [后思考] 你能结合爱因斯坦的光子说解释能级不连续性吗? 【提示】光子说提出光的能量是一份份的,每一份能量为hν,每一份称为一个光子;光子能量在被电子吸收时,是一个光子对一个电子的行为,因此原子吸收(或放出)的能量也是不连续的,因此能级差也是不连续的,即能级是不连 续性的. 氢原子的能级玻尔理论[先填空] 1.玻尔氢原子能级公式E n=-Rhc n2 ,(n=1,2,3…).n被称为能量量子数. 2.基态 (1)定义:在正常状态下,氢原子处于最低的能级E1(n=1),这个最低能级对应的状态称为基态. (2)基态能量:E1=-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E2,E3…上,这些能级对应的状态称为激发态. 4.玻尔理论的两条基本假设 (1)定态假设.原子系统中存在具有确定能量的定态,原子处于定态时,电 子绕核运动不辐射也不吸收能量. (2)跃迁假设.原子系统从一个定态跃迁到另一个定态,伴随着光子的发射 和吸收. [再判断] 1.氢原子的能量是不连续的,只能取一些定值也就是说氢原子的能量是量 子化的.(√) 2.氢原子能级表达式是瑞士的巴耳末最先得出的.(×) 3.能级间的跃迁产生不连续的谱线,从不同能级跃迁到某一特定能级就形 高中物理-原子的核式结构模型教案+练习 教学目标 1、知道α粒子散射实验及其现象,了解卢瑟福原子核式结构模型,以及提出此模型的实验依据 2、认识实验对理论发展的总要作用 3、知道物理模型建立的意义及其局限性,培养学生抽象思维能力和想象力 重点难点 重点:α粒子散射实验和原子核式结构理论 难点:渗透和让学生体会物理学研究方法 设计思想 α粒子散射实验是一个很重要的实验,体现了研究微观世界的一种科学的方法,也是锻炼学生分析问题、解决问题的知识点。对卢瑟福如何分析α粒子散射实验,否定汤姆孙原子模型,提出原子核式结构模型的了解,有利于学生学习人类研究微观世界的科学方法,提高分析解决问题的能力。因此本节的设计强调核式结构模型建立的依据而非结论,重点在于暴露模型建立的思路和研究的方法。对物理学史的教育要贯穿在整个教学过程当中。 教学资源多媒体课件 教学设计 【课堂引入】 讲述:汤姆生发现电子,根据原子呈电中性,提出了原子的枣糕模型。 学生活动:师生共同得出汤姆生的原子枣糕模型。 点评:用图片或动画展示原子枣糕模型。。 【课堂学习】 学习活动一:α粒子散射实验 问题一:为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构? 原子的结构非常紧密,用一般的方法是无法探测它的内部结构的,要认识原子的结构,需要用高速粒子对它进行轰击。而α粒子具有足够的能量,可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。如果α粒子与其他粒子发生相互作用,改变了运动方向,荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的α粒子穿过原子的散射情况,是研究原子结构的有效手段。 学生:体会α粒子散射实验中用到科学方法;渗透科学精神(勇于攀登科学高峰,不怕苦、不怕累的精神)的教育。 问题二:α粒子散射是怎么做的 α粒子散射实验的装置,主要由放射源、金箔、荧光 屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。 动画展示 粒子散射实验装置动画展示实验中,通过显微镜观察到的现象。 通过多媒体重点指出,荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动,从而可以观察到穿 第16单元:量子理论初步原子的核式结构doc 高中 物理 一、黄金知识点: 1、玻尔的原子模型; 2、能级的概念; 3、原子核式结构的发觉; 4、卢瑟福的原子模型。 二、要点大揭密: 〔一〕玻尔的原子模型理论: 1、定态理论:原子只能处于一系列不连续的能量状态之中,在这些状态之中原子是稳固的,电子尽管绕核运动,但不向外辐射能量,这些状态叫做定态。 2、跃迁理论:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸取一定频率的光子,光子的能量由这两种定态之间的能量差决定,即:h ν= E 初 – E 末 。 3、轨道量子化理论:原子的不同能量状态跟电子沿不同的轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。 〔二〕氢原子的能级的概念和跃迁 1、氢原子的能级: 氢原子的能级公式为:E n =21n E ,对应的轨道半径公式为r n = n 2 r 1 ,其中n 称为量子数,只能取正整数,E 1=-13.6eV ,是基态能量的值;r 1=0.53×10-10m ,是基态轨道半径的值。 2、氢原子各定态的能量的值,为电子绕核运动的动能E K 和势能E P 的代数和,因为在选无穷远处的电势能为零的情形下,各定态的电势能均为负值,其大小总是大于同一定态的动能值,因此各定态的能量值均为负值,因此不能依照能级公式E n =2 1n E ,得出氢原子各定态能量与n 2成反比的结论。 3、原子跃迁的条件:h ν= E 初-E 末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形,但光子和原子作用而使原子电离时那么不受此条件的限制。这是因为原子一旦电离,原子结构即遭破坏,因而不再遵守玻尔原子模型的理论。此外实物粒子与原子相互作用而使原子激发时,也不受上述条件的限制。 【例题1】氢原子辐射出一个光子后,那么: A 、电子绕核旋转半径增大; B 、电子的动能增大; C 、氢原子的电势能增大; D 、原子的能级值增大。 【分析与解答】选B 由玻尔原子模型理论可知,氢原子辐射光子后,应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁过程中,电场力对电子做了正功,因而电势能减小。另由经典的电磁理论,电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力。 高考能及跃迁试题5点破解 氢原子的跃迁是“氢原子的能级结构”一节的重点内容、同学们学习应注意以下五个不同。 一. 应注意一群原子和一个原子跃迁的不同 一群氢原子就是处在n 轨道上有若干个氢原子,某个氢原子向低能级跃迁时,可能从n 能级直接跃迁到基态,产生一条谱线;另一个氢原子可能从n 能级跃迁到某一激发态,产生另一条谱线,该氢原子再从这一激发态跃迁到基态,再产生一条谱……由数学知识得到一群 氢原子处于n 能级时可能辐射的谱线条数为C n n n 2 12 = -() 。对于只有一个氢原子的,该氢原子可从n 能级直接跃迁到基态,故最少可产生一条谱线,不难推出当氢原子从n 能级逐级往下跃迁时,最多可产生n -1条谱线。 例1. 有一个处于量子数n =4的激发态的氢原子,它向低能级跃迁时,最多可能发出几种频率的光子? 解析:对于一个氢原子,它只能是多种可能的跃迁过程的一种,如图1所示,由能级跃迁规律可知:处于量子数n =4的氢原子跃迁到n =3,n =2,n =1较低能级,所以最多的谱线只有3条。 图1 例2. 现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上,若这些受激氢原子最后都回到基态,则在此过程中发出的光子总数是多少?假定处在量子数为n 的激发态的氢原子跃迁到 各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1 1 n -( ) A. 2200 B. 2000 C. 1200 D. 2400 解析:这是全国理综考题,由题中所给信息,处于量子数n =4的氢原子跃迁到n =3,n =2,n =1较低能级的原子数分别为12001 41 400? -=个,则辐射光子数为40031200?= 第四节原子的能级结构 [学习目标] 1.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.2.了解能级跃迁伴随着能量变化,知道能级跃迁过程中吸收或放出光子.3.能通过能级跃迁解释巴耳末系. 一、能级结构猜想 [导学探究] 为什么氢原子发出的光谱是不连续的? 答案因为氢原子内部的能量是不连续的,因此氢原子由高能级向低能级跃迁时,只能放出一定频率的光,且光子的能量等于跃迁的能级差,即hν=E m-E n. [知识梳理] 1.由氢原子光谱是分立的,我们猜想原子内部的能量也是不连续的. 2.原子内部不连续的能量称为原子的能级,原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁. 3.能级跃迁中的能量关系:hν=E m-E n.由此可知原子在跃迁前、后的能级分别为E m和E n. [即学即用] 判断下列说法的正误. (1)氢气放电过程,产生的光谱是连续的.( ×) (2)氢原子内部的能量是不连续的.( √) (3)氢原子从高能级向低能级跃迁时,只能放出特定频率的光.( √) (4)氢原子从低能级向高能级跃迁时,吸收光子的频率是任意的.( ×) 二、氢原子的能级 [导学探究] (1)氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出的光子的能量如何计算? (2)如图1所示是氢原子的能级图,一群处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射 出多少种频率不同的光子? 图1 答案 (1)氢原子辐射光子的能量取决于两个能级的能量差hν=E m -E n (m 《原子的核式结构》教学设计 一、教材分析 “原子的核式结构”是高中原子物理的重要内容,传统的教学设计虽然也能让学生掌握原子的核式结构内容,但不难看出传统教学模式仍为“师传生受”,学生还是被动地接收知识,即使学会了,也不能算会学,无法让学生体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。面对新课程改革的要求,为营造一个让学生自主学习的良好环境,本人结合平时的实践,对本节内容采用通过让学生小组讨论:用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释ɑ粒子散射实验现象,一步一步得出卢瑟福的原子核式结构模型,在教学中虽然不能进行真实的实验,但同样处处渗透着新课程理念的科学探究思想,从而利于提高学生的逻辑推理能力,观察能力,有利用培养学生勇于攀登科学高峰,不怕苦、不怕累的科学精神,这种通过让学生自己动眼观察、动脑思考,引导他们自己获取知识,不仅活跃了课堂气氛,还发展了学生的思维能力和创新能力。本节课的设计旨在追寻前人的足迹,通过对粒子散射实验分析,从而否定汤姆孙的原子模型,建立卢瑟福的原子核式结构模型。让学生了解在科学研究中,科学家们通过对实验事实的分析,提出模型或假说,这些模型或假说又在实验中经受检验,正确的被肯定,经不起检验的被否定,在新的基础上再提出新的假说。科学的研究这样螺旋上升和不断深入发展的。 内容分析 粒子散射实验和原子核式结构的内容是本节教学重点。其中粒子散射实验是常用的获取微观世界信息的方法,在原子结构的研究中有非常重要的作用,以后的质子和中子的发现都与粒子散射实验有关。本节对于原子核式结构的建立,粒子散射实验更是起到决定性的作用,所以重点在于对粒子散射实验观察、现象的分析以及从现象中猜测合理的结构。“原子的核式结构”是高中原子物理的重要内容,除了让学生掌握原子的核式结构内容,让学生体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化也很重要。通过让学生小组讨论:用汤姆生的枣糕模型能否解释ɑ粒子散射实验现象,一步一步得出卢瑟福的原子核式结构模型,在教学中虽然不能进行真实的实验,但同样处处渗透着新课程理念的科学探究思想,从而利于提高学生的逻辑推理能力和分析能力。 学情分析 对于原子的结构其实学生早已经知道,初中的物理、化学中都已经清楚。所以原子结构如何不是本节课要教授的目的,如何从粒子散射实验现象中得出合理的原子结构模型才是本节要关注的重点。前面光的波动性、光的粒子性的学习使学生对于从现象找本质,建模型或假说的过程已不再陌生,所以对学生进行适当的引导、提问即可理解原子核式结构模型。前一节学习了电子的发现过程,学生已经知道原子是有结构的,那么结构如何分布呢学生在化学中已经学习了原子核外的电子排布,绝大多数学生都已经知道了原子由原 子核和电子组成但一般都尚未清楚原子大小与原子核大小的比例关系,而这一比例必将对 学生认识微观世界产生巨大的冲击,从而激发学生的学习热情。 原子的核式结构玻尔原子模型 原子的核式结构玻尔原子模型 一、教 法 建 议 抛砖引玉 本节双基学习目标 1. 了解原子的核式结构 2. 了解原子学说的发展历史,认识α粒子散射实验的重大意义 3. 了解玻尔理论的三条假设 4. 通过公式12 121 ,E n E r n r n n = =,使学生了解原子能 级、轨道半径和量子数n 的关 系 指点迷津 本节重点内容点拨 通过对卢瑟福α粒子散射实验的分析阐述原子的核式结构模型;从原子具有稳定结构的事实 出发,建立玻尔的能级理论。 二、学海导航 学法指要 本节理论原理明晰 关于原子结构的四个学说要从学说提出的实验基础,学说内容,能解释的现象,遇到的障碍四个方面掌握。 1.汤姆生的枣糕原子模型 ①实验基础汤姆生发现电子(发现电子打破 了原子不可再分观念,表明电子是原子 的组成部分)。 ②模型内容原子是一个球体,正电荷均匀分 布在整个球内,而电子像枣糕里的枣子 镶嵌在原子里面。 ③能解释现象原子光谱(原子受激,电子振 动而发光)。 ④遇到障碍不能解释α粒子散射实验。 2.卢瑟福的核式结构模型 ①实验基础α粒子散射实验(卢瑟福用α粒 子轰击金箔,发现α粒子穿过金箔后绝 大多数仍沿原方向前进;少数发生了较大的偏转,极少数α粒子偏转角超过了90°,甚至被反弹)。实验说明:原子不是实心的,中间存在很大空隙,电子质量远小于α粒子质量,大角度偏转不是电子作用结果;大角度偏转应是α粒子碰到质量很大的物质,α粒子大角度偏转极少,表明原子的核心很小。 ②模型内容有三个特点:a.核很小,原子直 径约10-10米;b.核很重,原子的质量几 乎全部集中在核里,原子核集中了全部正电荷; c.电子绕核作圆周运动,库仑力提供向心力。 ③能解释现象α粒子散射实验:由于原子的 全部正电荷都集中在核里,当α粒子与 核十分接近时,会受到很大的库仑力而发生大角度偏转,因原子内部大部分是空的,核又很小,所以α粒子靠近的机会很少,绝大多数α粒子离核较远,受到的库仑力小,基本按直线前时,极少数α粒子离核较近,发生大角度偏转。 ④遇到障碍核式结构学说与经典电磁理论 的矛盾。 原子的能级结构 ★新课标要求 (一)知识与技能 1.了解玻尔原子理论的主要内容。 2.了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。 (二)过程与方法 通过玻尔理论的学习,进一步了解氢光谱的产生。 (三)情感、态度与价值观 培养我们对科学的探究精神,养成独立自主、勇于创新的精神。 ★教学重点 玻尔原子理论的基本假设 ★教学难点 玻尔理论对氢光谱的解释。 ★教学方法 教师启发、引导,学生讨论、交流。 ★教学用具: 投影片,多媒体辅助教学设备 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 (一)引入新课 复习提问: 1.α粒子散射实验的现象是什么? 2.原子核式结构学说的内容是什么? 3.卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾 教师:为了解决上述矛盾,丹麦物理学家玻尔,在1913年提出了自己的原子结构假说。 (二)进行新课 1.玻尔的原子理论 (1)能级(定态)假设:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子 是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。(本假设是针对原子稳定性提出的)(2)跃迁假设:原子从一种定态(设能量为E n )跃迁到另一种定态(设能量为E m )时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即 n m E E h -=ν(h 为普朗克恒量) (本假设针对线状谱提出) (3)轨道量子化假设:原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。(针对原子核式模型提出,是能级假设的补充)2.玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨 道半径和电子在各条轨道上运动时的能量(包括动能和势能)公式:轨道半径:12r n r n = n=1,2,3……能 量: 121E n E n = n=1,2,3……式中r 1、E 1、分别代表第一条(即离核最近的)可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量,r n 、E n 分别代表第n 条可能轨道的半径和电子在第n 条轨道上运动时的能量,n 是正整数,叫量子数。3.氢原子的能级图 从玻尔的基本假设出发,运用经典电磁学和经典力学的理论,可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。 (1)氢原子的大小:氢原子的电子的各条可能轨道的半径r n : r n =n 2r 1, r 1代表第一条(离核最近的一条)可能轨道的半径 r 1=0.53×10-10 m 例:n=2, r 2=2.12×10-10 m (2)氢原子的能级:①原子在各个定态时的能量值E n 称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量E n (包括动能和势能) E n =E 1/n 2 n=1,2,3,······ E 1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量 E 1=-13.6eV 注意:计算能量时取离核无限远处的电势能为零,电子带负电,在正电荷的场中为负值,电子的动能为电势能绝对值的一半,总能量为负值。 例:n=2,E 2=-3.4eV , n=3,E 3=-1.51eV , n=4,E 4=-0.85eV ,…… 氢原子的能级图如图所示。 4.玻尔理论对氢光谱的解释 (1)基态和激发态 基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这时电子在离核最近的轨道上运动,这种定态,叫基态。 原子的核式结构玻尔理论天然放射现象 一、考点聚焦 α粒子散射实验,原子的核式结构Ⅰ要求 氢原子的能级结构,光子的发射和接收Ⅱ要求 氢原子中的电子云Ⅰ要求 天然放射现象,α射线,β射线,γ射线,半衰期Ⅰ要求 原子核的人工转变,原子核的组成.核反应方程,放射性同位素及其应用Ⅰ要求 放射性污染和防护Ⅰ要求 二、知识扫描 (1)α粒子散射实验结果:绝大多数α粒子沿原方向前进,少数α粒子发生较大偏转。(2)、原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.(3)、原子核的大小:原子的半径大约是10-10米,原子核的半径大约为10-14米~10-15米.2、玻尔理论有三个要点: (1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的.电子虽 然绕核旋转,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态. (2)原子从一种定态跃迁到另一定态时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量 由这两个定态的能量差决定.即hν=E2-E1 (3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动.原子的定态是不连续的,因而电子的可能轨道是分立的. 在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,各状态对应的能量也是不连续的,这些不连续的能量值的能量值叫做能级。 3、原子核的组成核力 原子核是由质子和中子组成的.质子和中子统称为核子. 将核子稳固地束缚在一起的力叫核力,这是一种很强的力,而且是短程力,只能在2.0X10-15的距离内起作用,所以只有相邻的核子间才有核力作用. 4、原子核的衰变 (1)、天然放射现象:有些元素自发地放射出看不见的射线,这种现 象叫天然放射现象. (2)放射性元素放射的射线有三种:射线 α、γ射线、β射线, 这三种射线可以用磁场和电场加以区别,如图所示 (3)放射性元素的衰变:放射性元素放射出α粒子或β粒子后,衰变成新的原子核,原子核的这种变化称为衰变. 典型衰变:15.2-1 238 92U 234 90 Th+4 2 He α衰变23490Th 23491Pa+01-e β衰变 二、原子的核式结构模型 教学目标 1、知道α粒子散射实验及其现象,了解卢瑟福原子核式结构模型,以及提出此模型的实验依据 2、认识实验对理论发展的总要作用 3、知道物理模型建立的意义及其局限性,培养学生抽象思维能力和想象力 重点难点 重点:α粒子散射实验和原子核式结构理论 难点:渗透和让学生体会物理学研究方法 设计思想 α粒子散射实验是一个很重要的实验,体现了研究微观世界的一种科学的方法,也是锻炼学生分析问题、解决问题的知识点。对卢瑟福如何分析α粒子散射实验,否定汤姆孙原子模型,提出原子核式结构模型的了解,有利于学生学习人类研究微观世界的科学方法,提高分析解决问题的能力。因此本节的设计强调核式结构模型建立的依据而非结论,重点在于暴露模型建立的思路和研究的方法。对物理学史的教育要贯穿在整个教学过程当中。 教学资源多媒体课件 教学设计 【课堂引入】 讲述:汤姆生发现电子,根据原子呈电中性,提出了原子的枣糕 模型。 学生活动:师生共同得出汤姆生的原子枣糕模型。 点评:用图片或动画展示原子枣糕模型。。 【课堂学习】 学习活动一:α粒子散射实验 问题一:为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构? 原子的结构非常紧密,用一般的方法是无法探测它的内部结构的,要认识原子的结构,需要用高速粒子对它进行轰击。而α粒子具有足够的能量,可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。如果α粒子与其他粒子发生相互作用,改变了运动方向,荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的α粒子穿过原子的散射情况,是研究原子结构的有效手段。 学生:体会α粒子散射实验中用到科学方法;渗透科学精神(勇于攀登科学高峰,不怕苦、不怕累的精神)的教育。 问题二:α粒子散射是怎么做的 α粒子散射实验的装置,主要由放射源、金箔、荧光 屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。 动画展示α粒子散射实验装置动画展示实验中,通过显微镜观察到的现象。 通过多媒体重点指出,荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动,从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的α粒子。并且要让学生了解,这种观察是非常艰苦细致的工《原子的核式结构模型》
高中物理人教版选修3-5 18.2《原子的核式结构模型》教案设计
高中物理总复习之知识讲解 原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论 (基础)
原子的核式结构
原子的结构 能级汇总
原子的核式结构模型.doc
高中物理选修3-5:《原子的核式结构和能级跃迁》含解析
高中物理:原子的核式结构模型教案
2018版第3章第4节原子的能级结构
高中物理-原子的核式结构模型教案+练习
第16单元:量子理论初步原子的核式结构doc高中物理
高中物理选修3-5氢原子的能级结构
高中物理第三章原子结构之谜第四节原子的能级结构同步备课教学案粤教版选修
原子的核式结构教学设计
原子的核式结构玻尔原子模型
《原子的能级结构》教案1(粤教版选修3-5)
原子核式结构
原子的核式结构模型 教案