《第十八章原子结构》优化总结学案（含答案）

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1、本章优化总结原子核式结构模型卢瑟福核式结构模型是建立在 粒子散射实验基础上，其考查主要从以下两方面：(1) 粒子散射实验的考查：主要是散射实验装置(包括仪器作用的简单描述)、实验现象、现象分析和结论以及实验意义的考查 粒子散射实验是物理学发展史上一个重要的实验，实验结果使人们对于物质结构的观念发生了根本性变化，从而否定了汤姆孙的原子结构的枣糕模型，卢瑟福核式结构模型建立的实验依据：绝大多数 粒子穿过金箔基本上不发生偏转；少数发生偏转；极少数发生大角度偏转(2)卢瑟福核式结构模型的考查：主要是核式结构内容的描述和理解，并且知道原子是由原子核和电子组成的特别是能从力的角度、功能关系角度分析求解有关

2、圆轨迹或曲线运动的轨迹问题选项图所示为在 粒子散射实验中，一束 粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图，正确的是( )解析 A 选项中 2 应该比 1 有较大偏转，3 应该比 4 有较大偏转；B 选项中 2、3 的偏转方向错误；C 选项中 3 的偏转方向错误；在 D 选项中，2、4 发生了明显偏转，3 离核最近，发生大角度偏转，则只有 D 正确答案 D1.(2017上海模拟) 关于卢瑟福的 粒子散射实验，下列叙述中与得到的实验结果相符的是( )A所有 粒子穿过金箔后偏转角度都很小B大多数 粒子发生较大角度的偏转C向各个方向运动的 粒子数目基本相等D极少数 粒子产生超过 90的大角度偏转解析：选

3、 D当 粒子穿过原子时，电子对 粒子影响很小 ，影响 粒子运动的主要是原子核，离核远则 粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小只有当 粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以 粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，实验结果是：离金原子核远的 粒子偏转角度小，离金原子核近的 粒子偏转角度大 ，正对金原子核的 粒子被返回，故 A、B、C 错误，D 正确玻尔理论与能级跃迁1氢原子的半径公式：r nn 2r1(n1，2，3，)，其中 r1 为基态半径，又称玻尔半径，r 1 0.531010 m.2氢原子的能级公式：氢原子的能级公式：E n

4、 E1(n1，2，3，) ，其中 E1 为基1n2态能量，E 113.6 eV.3氢原子的能级图，如图所示(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：hE mE n.已知氢原子基态的电子轨道为 r10.52810 10 m，量子数为 n 的能级值为En eV.13.6n2(1)求电子在基态轨道上运动时的动能(2)有一群氢原子处于量子数 n3 的激发态，画出能

5、级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长( 其中静电力常量 k9.010 9 Nm2/C2，电子电荷量 e1.6 1019 C，普朗克常量 h 6.631034 Js，真空中光速c3.010 8 m/s)思路点拨 解决此类问题的关键在于找出各物理量之间的关系，正确的运用动能公式及能级跃迁的公式解析 (1)设电子的质量为 m，电子在基态轨道上的速率为 v1，根据牛顿第二定律和库仑定律有 m 所以 Ek mv J2.181018 J13.6 eV.12 21 ke22r1 9.0109(1.610 19)220.52810 10(2)当氢原子从

6、量子数 n3 的能级跃迁到较低能级时，可以得到 3 条光谱线如图所示(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为 E3E 1. m1.03107 m.hcE3 E1 6.6310 343108 1.51 ( 13.6)1.610 19答案 (1)13.6 eV (2) 见解析图 (3)1.0310 7 m原子跃迁条件 hE mE 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 E13.6 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出的光谱线条数 NC ，是一群氢原子，而不是一个，因为某一2

7、nn(n 1)2个氢原子有固定的跃迁路径 2.如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )A从 n4 能级跃迁到 n3 能级比从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出电磁波的波长长B从 n5 能级跃迁到 n1 能级比从 n5 能级跃迁到 n4 能级辐射出电磁波的速度大C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解析：选 A氢原子从高能级跃迁到低能级辐射一定频率的光子E mE nh，能级差值越大辐射光子的频率越大，波长越短，E 4E 313.6 eV，故用 14 eV 的光子照射可使基态的氢原子电离，C 项正确10用具有一定动能的电子轰击大

8、量处于基态的氢原子，使这些氢原子被激发到量子数为 n(n2)的激发态，此时出现的氢光谱中有 N 条谱线，其中波长的最大值为 .现逐渐提高入射电子的动能，当动能达到某一值时，氢光谱中谱线数增加到 N条，其中波长的最大值变为 .下列各式中可能正确的是( )ANN n BNN n1C Dn，则 E，故 C 项正确hc三、非选择题(本题共 3 小题，共 40 分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11(20 分) 汤姆孙 1897 年用阴极射线管测量了电子的比荷 (电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示电子流平行

9、于极板射入，极板 P、P间同时存在匀强电场 E 和垂直纸面向里的匀强磁场 B 时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B 时，电子流穿出平行板电容器时的偏转角 rad.已知极板长 L3.010 2 m，电场强115度大小为 E1.510 4 V/m，磁感应强度大小为 B5.010 4 T求电子比荷解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则 eEevB只存在磁场时，有 evBm ，v2r由几何关系 rLsin 偏转角很小时，rL联立上述各式并代入数据得电子的比荷 1.31011 C/kg.em EB2L答案：1.310 11 C/kg12(20 分) 将氢原子电离，就是从外部给电

10、子以能量，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电磁波照射该氢原子？(2)若用波长为 200 nm 的紫外线照射氢原子，求氢原子电离后电子的速度多大？( 电子电荷量 e1.6 1019 C，电子质量 me0.9110 30 kg)解析：(1)n2 时，E 2 eV3.4 eV 13.622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 激发态的氢原子电离，电离能为EE E 23.4 eV Hz8.211014 Hz.Eh 3.41.610 196.6310 34(2)波长为 200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量E0h 06.6310 34 J9.94510 19 J310820010 9电离能 E3.41.610 19 J5.4410 19 J由能量守恒：h 0E mv212代入数值解得：v9.9510 5 m/s.答案：(1)8.2110 14 Hz (2)9.9510 5 m/s