【步步高】2020年高考物理大一輪 第十三章 第3課時 原子結(jié)構(gòu)　氫原子光譜 新人教版選修3-5（通用）

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1、第3課時　原子結(jié)構(gòu)　氫原子光譜 導學目標 1.理解玻爾理論對氫原子光譜的解釋.2.掌握氫原子的能級公式并能靈活應用，會用氫原子能級圖求解原子的能級躍遷問題． 一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型 [基礎導引] 判斷下列說法的正誤： (1)湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子，并測定了電子電荷量，且提出了“棗糕”式原子模型(　　) (2)盧瑟福做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)α粒子絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)(　　) (3)α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上 (　　) (4)盧瑟福提出了原子“核式結(jié)構(gòu)”模型，并解釋了α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因 (　　) [知識梳理]

2、1．電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學家湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子． 2．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)α粒子散射實驗的結(jié)果 圖1 絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但 ______α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，________α粒子甚至被撞了 回來，如圖1所示． (2)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型 在原子的中心有一個很小的核，叫__________，原子的所有正電荷和幾乎____________都集中在原子核里，帶負電的________在核外繞核旋轉(zhuǎn)． (3)原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為________ m，原子直徑的數(shù)量級約為________ m.

3、 二、氫原子光譜 [基礎導引] 對原子光譜，下列說法正確的是 (　　) A．原子光譜是不連續(xù)的 B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的 C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同 D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素 [知識梳理] 1．線狀譜、連續(xù)譜、吸收譜的產(chǎn)生 (1)線狀譜：由稀薄氣體或金屬蒸氣所發(fā)出的光譜為線狀光譜，不同元素的譜線不同，又稱為原子的特征譜線． (2)連續(xù)譜：由熾熱固體、液體及高壓氣體發(fā)光所發(fā)射的光譜均為連續(xù)光譜．

4、(3)吸收譜：連續(xù)光譜中某波長的光波被吸收后出現(xiàn)的暗線．太陽光譜就是典型的吸收光譜． 2．光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成 分，且靈敏度很高．在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義． 特別提醒　光譜的分類 三、玻爾原子模型、能級 [基礎導引] 玻爾在他提出的原子模型中所做的假設有________． ①原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子繞核運動，但不向外輻射能量 ②原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的 ③電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子 ④電子躍遷時輻

5、射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率 [知識梳理] 1．玻爾原子模型 (1)軌道假設：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的可能軌道是____________的． (2)定態(tài)假設：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是____________的．這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個定態(tài)中，原子是________的，不向外輻射能量． (3)躍遷假設：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要________或________一定頻率的光子，光子的能量等于兩個狀態(tài)的__________，即hν＝______

6、__. 2．能級：在玻爾理論中，原子各個可能狀態(tài)的________叫能級． 3．基態(tài)和激發(fā)態(tài)：原子能量________的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量(相對于基態(tài))較高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)． 4．量子數(shù)：現(xiàn)代物理學認為原子的可能狀態(tài)是__________的，各狀態(tài)可用正整數(shù)1,2,3，…表示，叫做量子數(shù)，一般用n表示． 5．氫原子的能級和軌道半徑 (1)氫原子半徑公式 rn＝________r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，也稱為玻爾半徑，r1＝____________ m. (2)氫原子能級公式 En＝________E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為氫原子基態(tài)的能量值，E

7、1＝________ eV. 考點一　原子結(jié)構(gòu)與α粒子散射實驗 典例剖析 例1　(1)盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗，獲得了重要發(fā)現(xiàn)，關(guān)于α粒子散射實驗的結(jié)果，下列說法正確的是 (　　) A．證明了質(zhì)子的存在 B．證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C．證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里 D．說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動 (2)英國物理學家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了α粒子的散射現(xiàn)象．下列圖中，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實驗中經(jīng)過金原子核

8、附近的α粒子的運動軌跡的是圖中的 (　　) 跟蹤訓練1　在盧瑟福進行的α粒子散射實驗中，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是(　　) A．正電荷在原子中是均勻分布的 B．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上 C．原子中存在著帶負電的電子 D．原子核中有中子存在 考點二　氫原子能級圖及原子躍遷問題 考點解讀 氫原子的能級圖(如圖2所示) 圖2 (1)能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)． (2)橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示

9、量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.40…”表示氫原子的能級． (3)相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級差，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越?。? (4)帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷條件為：hν＝Em－En. 特別提醒　1.能級越高，量子數(shù)越大，軌道半徑越大，電子的動能越小，但原子的能量肯定隨能級的升高而變大． 2．原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)N＝C＝，是一群氫原子，而不是一個． 典例剖析 例2　如圖3為氫原子能級圖，可見光的光子能量范圍約為1.61～ 3.10 eV，則下列說法正確的是 (　　) 圖3 A．大量處

10、在n＝3能級的氫原子向n＝2能級躍遷時，發(fā)出的光 是紫外線 B．大量處在n＝4能級的氫原子向低能級躍遷過程中會發(fā)出紅 外線 C．大量處在n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的是由n＝4向n＝3能級躍遷輻射出的光子 D．用能量為10.3 eV的電子轟擊，可以使基態(tài)的氫原子受激發(fā) 思維突破　1.一個原子和一群原子的區(qū)別：一個氫原子只有一個電子，在某個時刻電子只能在某一個可能的軌道上，當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道上時，可能情況有多種C＝，但產(chǎn)生的躍遷只有一種．而如果是大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會出現(xiàn)所有的可能情況． 2．入射光子和

11、入射電子的區(qū)別：若是在光子的激發(fā)下引起原子躍遷，則要求光子的能量必須等于原子的某兩個能級差；若是在電子的碰撞下引起的躍遷，則要求電子的能量必須大于或等于原子的某兩個能級差．兩種情況有所區(qū)別． 跟蹤訓練2　某光電管的陰極為金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21 eV，如圖4是氫原子的能級圖，一群處于n＝4能級的氫原子向 低能級躍遷時，輻射的光照射到該光電管的陰極上，這束光中能 使金屬鉀發(fā)生光電效應的光譜線條數(shù)是 (　　) A．2條 B．4條 C．5條 D．6條 圖4 考

12、點三　與能級相關(guān)的計算 典例剖析 例3　(2020·海南·19)(1)能量為Ei的光子照射基態(tài)氫原子，剛好可使該原子中的電子成為自由電子．這一能量Ei稱為氫的電離能．現(xiàn)用一頻率為ν的光子從基態(tài)氫原子中擊出了一電子，該電子在遠離核以后速度的大小為________(用光子頻率ν、電子質(zhì)量m、氫原子的電離能Ei和普朗克常量h表示)． (2)氫原子在基態(tài)時軌道半徑r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV，求氫原子處于基態(tài)時： ①電子的動能； ②原子的電勢能； ③用波長是多少的光照射可使基態(tài)氫原子電離？ 跟蹤訓練3　(2020·江蘇·12C(2))按照玻爾原子理論，氫原子

13、中的電子離原子核越遠，氫原子的能量________(選填“越大”或“越小”)．已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后，電子速度大小為________(普朗克常量為h)． 　　　　　　　　　　18.不明確玻爾理論中能級值 的意義 例4　已知氫原子基態(tài)的能量是E1.一群處于n＝4能級的氫原子自發(fā)躍遷，能釋放6種光子，求其中頻率最小的光子的能量． 誤區(qū)警示　不明確氫原子能級值的意義及各能級高低的關(guān)系，誤認為E1為正值且最大，出現(xiàn)了以下的錯解：根據(jù)En＝，得E4＝，E3＝，由能級躍遷公式得：ΔE＝E3－E4＝. 正確解析　

14、氫原子從n＝4能級自發(fā)躍遷，釋放出能量最小的光子是由n＝4能級躍遷到n＝3能級放出的光子 En、E4、E3的求解如上，ΔE＝E4－E3＝－. 答案?。? 正本清源　(1)氫原子核外電子處于無窮遠處時的能量最高(E∞＝0)，處于基態(tài)時能量最低為E1＝－13.6 eV，處于基態(tài)的氫原子吸收光子后躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)，所以處于較高激發(fā)態(tài)上的能級值大于基態(tài)，但都為負值.,(2)對于氫原子在躍遷時輻射和吸收光子的頻率或波長的計算，首先由能級的高低或軌道半徑的大小確定是吸收還是放出光子，然后由玻爾理論Em－En＝hν，求ν. A組　α粒子散射實驗與原子核式結(jié)構(gòu)模型 1．(2020·上海單

15、科·2)盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實驗結(jié)果的示意圖是 (　　) 2．(2020·天津理綜·1)下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實驗是 (　　) A．光電效應實驗 B．倫琴射線的發(fā)現(xiàn) C．α粒子散射實驗 D．氫原子光譜的發(fā)現(xiàn) B組　能級與能級躍遷 3．原子處于基態(tài)時最穩(wěn)定，處于較高能級時會自發(fā)地向較低能級躍遷，用n表示氫原子 所處能級狀態(tài)的

16、量子數(shù)，N表示由該能級狀態(tài)發(fā)生躍遷時可能發(fā)出的不同波長的光譜線的數(shù)目，則 (　　) A．當n＝1時，N＝1 B．當n＝2時，N＝2 C．當n＝3時，N＝3 D．當n＝4時，N＝4 4．設氫原子由n＝3的狀態(tài)向n＝2的狀態(tài)躍遷時放出能量為E、頻率為ν的光子．氫原子(　　) A．躍遷時可以放出或吸收能量為任意值的光子 B．由n＝2的狀態(tài)向n＝1的狀態(tài)躍遷時放出光子的能量大于E C．由n＝3的狀態(tài)向n＝1的狀

17、態(tài)躍遷時放出光子的能量等于6.4E D．由n＝4的狀態(tài)向n＝3的狀態(tài)躍遷時放出光子的頻率大于ν 課時規(guī)范訓練 (限時：45分鐘) 一、選擇題 1. 如圖1所示為盧瑟福做α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒 光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位 置時，下述對觀察到的現(xiàn)象的說法中正確的是 (　　) A．放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最 多 圖1 B．放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只 比A位置時稍少些 C．放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光 D．放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 2．有關(guān)氫原子光譜

18、的說法正確的是 (　　) A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B．氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光子 C．氫原子光譜說明氫原子能級是分立的 D．氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān) 3．仔細觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線，其原因是 (　　) A．氫原子只有幾個能級 B．氫原子只能發(fā)出平行光 C．氫原子有時發(fā)光，有時不發(fā)光 D．氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對應的光的頻率也是不連續(xù)的 4．氫原子的部分能級如圖2.氫原子吸收以下能量的光子可以從 基態(tài)躍遷到

19、n＝2能級的是 (　　) A．10.2 eV B．3.4 eV 圖2 C．1.89 eV D．1.51 eV 5. 如圖3為氫原子能級的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光．關(guān)于這些光，下列說法正確的是 (　　) 圖3 A．最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級 產(chǎn)生的 B．頻率最小的光是由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的 C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光 D．用n＝2能級躍遷到n＝1能級

20、輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應 6．關(guān)于原子和原子核，下列說法正確的有 (　　) A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi) B．α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)之一 C．原子半徑的數(shù)量級是10－15 m D．玻爾原子理論無法解釋較復雜原子的光譜現(xiàn)象，說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯誤的 7．可見光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范圍內(nèi)．若氫原子從 高能級躍遷到低能級，根據(jù)氫原子能級圖(如圖4所示)可判斷 (

21、　　) A．從n＝4能級躍遷到n＝3能級時發(fā)出可見光 B．從n＝3能級躍遷到n＝2能級時發(fā)出可見光 C．從n＝2能級躍遷到n＝1能級時發(fā)出可見光 D．從n＝4能級躍遷到n＝1能級時發(fā)出可見光 圖4 8．(2020·重慶理綜·19)氫原子部分能級的示意圖如圖5所示．不 同色光的光子能量如下表所示. 色光 紅 橙 黃 綠 藍-靛 紫 光子能量 范圍(eV) 1.61～ 2．00 2.00～ 2．07 2.07～ 2．14 2.14～ 2．53 2.53～ 2．76 2.76～ 3．10 圖5 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜

22、線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為(　　) A．紅、藍-靛 B．黃、綠 C．紅、紫 D．藍-靛、紫 9．(2020·新課標·34(1))用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2、ν3的三條譜線，且ν3>ν2>ν1，則 (　　) A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1 C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.＝＋ 10.

23、 氫原子的能級如圖6所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62 eV～3.11 eV，下列說錯誤的是 (　　) 圖6 A．處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離 B．大量氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應 C．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種不同頻率的光 D．大量處于n＝2能級的氫原子被hν＝3.11 eV的可見光照射時，能發(fā)生電離 二、非選擇題 11．(2020·山東理綜·38(1))大量

24、氫原子處于不同能量激發(fā)態(tài)，發(fā)生躍遷時放出三種不同能量的光子，其能量值分別是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.躍遷發(fā)生前這些原子分布在________個激發(fā)態(tài)能級上，其中最高能級的能量值是________eV(基態(tài)能量為－13.6 eV)． 12．已知金屬鎢的逸出功W0＝4.54 eV.氫原子的能級圖如圖7所 示．有一群處于n＝3能級的氫原子，用輻射出的最大頻率的 光子照射金屬鎢，產(chǎn)生光電子的最大初動能是多少？ 13．如圖8所示，氫原子從n＞2的某一能級躍遷到n＝2的能級， 輻射出能量為2.55 eV的光子．問： 圖8 (1)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少

25、電子伏特的能量，才能使它輻射出上述能量的光子？ (2)請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖． 復習講義 基礎再現(xiàn) 一、 基礎導引　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√ 知識梳理　2.(1)少數(shù)　極少數(shù)　. (2)原子核　所有質(zhì)量　電子　(3)10－15　10－10 二、 基礎導引　ACD 三、 基礎導引?、佗冖? 知識梳理　1.(1)不連續(xù)　(2)不連續(xù)　穩(wěn)定　(3)吸收　放出　能量差　E2－E1　2.能量值　3.最低　4.不連續(xù)　5.(1)n2　0.53×10－10　(2)　－13.6 課堂探究 例1　(1)C　(2)B 跟蹤訓練1　B　 例2　B

26、CD　 跟蹤訓練2　B 例3　(1)　(2)①13.6 eV ②－27.2 eV?、?.914×10－7 m 跟蹤訓練3　越大　 分組訓練 1．D　2.C 3．C　 4．BC　 課進規(guī)范訓練 1．AD　 2．BC　 3．D　 4．A　 5．D　 6．B　 7．B　 8．A　 9．B　 10．D　 11．2?。?.51 12．7.55 eV 13．12.75 eV　見解析圖 解析　氫原子從n＞2的某一能級躍遷到n＝2的能級，輻射光子的頻率應滿足 hν＝En－E2＝2.55 eV En＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以n＝4 基態(tài)氫原子要躍遷到n＝4的能級，應提供的能量為：ΔE＝E4－E1＝12.75 eV (2)輻射躍遷圖如圖所示