第2章 原子结构 章末整合提升 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）

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1、 一、对 粒子散射实验及核式结构模型的理解 1 粒子散射实验结果： 粒子穿过金箔后，绝大多数 粒子仍沿原来的方向前进，但有 少数 粒子发生了大角度偏转， 偏转的角度甚至大于 90 ， 也就是说它们几乎被“撞了回来” 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，电子绕核旋转 【例 1】 (多选)关于 粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( ) A绝大多数 粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是 粒子受力平衡的结 果 B 绝大多数 粒子沿原方向运动， 说明这些 粒子未受到明显的力的作用， 说明原子是“中 空”的 C极少数 粒子发生

2、大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比 粒子大得多的粒子在原子 内分布空间很小 D极少数 粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对 粒子的吸引力很大 答案 BC 解析 在 粒子散射实验中，绝大多数 粒子沿原方向运动，说明 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 A 错，B 对； 极少数 粒子发生大角度偏转， 说明受到金原子核明显的力的作用的空间在原子内很小， 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粒子的质量和电荷量， 电子的质量远小于 粒子， 粒子打在电子上， 粒子不会有明显偏转，故 C 对，D 错 二、对玻尔原子模型的理

3、解 1氢原子的能级 对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也不同 原子各能级的关系为 EnE1 n2 (n1,2,3) 对于氢原子而言，基态能级：E113.6 eV 2氢原子的能级图 如图 1 所示 图 1 【例 2】 已知氢原子基态的电子轨道半径为 r10.52810 10 m，量子数为 n 的能级值为 En13.6 n2 eV. (1)求电子在基态轨道上运动的动能； (2)有一群氢原子处于量子数 n3 的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子 能发出的光谱线； (3)计算这几种光谱线中最短的波长 (静电力常量 k9109 N m2/C2， 电子电荷量

4、 e1.610 19 C， 普朗克常量 h6.631034 J s， 真空中光速 c3.0108 m/s) 答案 见解析 解析 (1)核外电子绕核做匀速圆周运动， 库仑引力提供向心力， 则ke 2 r21 mv 2 r1 ， 又知 Ek1 2mv 2， 故电子在基态轨道上运动的动能为： Ekke 2 2r1 91091.610 192 20.52810 10 J 2.1810 18 J13.6 eV. (2)当 n1 时，能级值为 E113.6 12 eV13.6 eV. 当 n2 时，能级值为 E213.6 22 eV3.4 eV. 当 n3 时，能级值为 E313.6 32 eV1.51

5、eV. 能发出的光谱线分别为 32,21,31 共 3 种，能级图如图所示 (3)由 E3向 E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短 hE3E1，又知 c ，则有 hc E3E1 6.6310 343.0108 1.5113.61.610 19 m 1.0310 7 m. 针对训练 1 (多选)下列对玻尔原子理论的评价正确的是( ) A玻尔原子理论成功解释了氢原子光谱规律，为量子力学的建立奠定了基础 B玻尔原子理论的成功之处是引入了量子概念 C玻尔原子理论的成功之处是它保留了经典理论中的一些观点 D玻尔原子理论与原子的核式结构是完全对立的 答案 AB 解析 玻尔原子理论成功解释了氢原子的发光问

6、题， 其成功之处是引入了量子化理论， 局限 是保留了经典理论中的一些观点， 故 A、 B 对， C 错； 它继承并发展了原子的核式结构观点， 故 D 错 三、原子的能级跃迁与电离 1能级跃迁的两种方式 (1)辐射和吸收光子发生跃迁，可表示如下： 高能级低能级 En (2)吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而发生跃迁 由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收， 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级 的能量差(EEmEn，mn)，均可使原子发生能级跃迁 2电离的两种方式 (1)吸收光子能量发生电离当光子能量大于或等于 13.6 eV 时，可以被处于基态的氢原子吸 收，使氢原子电离 (2)与实

7、物粒子撞击发生电离由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入 射粒子的能量大于或等于氢原子所处的能级的能量，均可使原子发生电离 【例 3】 将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚 而成为自由电子 (1)若要使 n2 激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的光照射该氢原子？ (2)若用波长为 200 nm 的紫外线照射处于 n2 激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处 时的速度多大？(电子电荷量 e1.610 19 C，普朗克常量 h6.631034 J s，电子质量 m e 9.110 31 kg) 答案 (1)8.211014 Hz (2)9.9510

8、5 m/s 解析 (1)n2 时，E213.6 22 eV3.4 eV 所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到 n的轨道，n时，E 0. 所以，要使处于 n2 激发态的原子电离，电离能为 EEE23.4 eV E h 3.41.610 19 6.6310 34 Hz8.211014 Hz. (2)波长为 200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量 E0h6.6310 34 3108 20010 9 J9.94510 19 J 电离能 E3.41.610 19 J5.441019 J 由能量守恒 hE1 2mv 2 代入数值解得 v9.95105 m/s. 针对训练 2 一个氢原子处于基态，用光子能量为 15 eV 的光去照射该原子，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 n1 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，完全电离后电子具有的动能 Ek15 eV13.6 eV1.4 eV.