2025秋高考物理复习专题十四原子与原子核第2讲原子结构课件（41页PPT）

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第2讲　原子结构
一、原子的核式结构
1.α粒子散射实验的结果.
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方
向前进，但　　　　α粒子发生了大角度偏转，　　　　α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示.
2.原子的核式结构.
在原子中心有一个很小的核，原子全部的　　　　和　　　　几乎都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.
少数
极少数
正电荷
质量
二、玻尔理论
1.定态：原子只能处于一系列　　　　的能量状态中，在这些能量状态中原子是　　　　的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.
2.跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它　　　　或　　　　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=　　　　.（h是普朗克常量，h=6.626×10-34 J·s）
3.轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的轨道可能也是　　　　的.
不连续
稳定
辐射
吸收
Em-En
不连续
1.［α粒子散射实验］（多选）如图所示为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四个位置进行观察，对于观察到的现象，下列说法正确的是 （　　）
A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上
的闪光次数最多
B.放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些
C.放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D.放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
ABD　
【解析】根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，A、B、D正确.
2.［氢原子光谱］下列有关氢原子光谱的说法正确的是 （　　）
A.氢原子的发射光谱是连续谱
B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C.氢原子光谱说明氢原子能量是连续的
D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
B
3.［能级］（多选）如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n=3能级，下列说法正确的是 （　　）
A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波
B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C.从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光波长最长
D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
AC
考点1　原子的核式结构　［能力考点］
1.汤姆孙原子模型
（1）电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子.电子的发现证明了原子是可再分的.
（2）汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子则一粒粒镶嵌在球内.
2.α粒子散射实验
（1）α粒子散射实验装置.
（2）α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”.
3.原子的核式结构模型
（1）α粒子散射实验结果分析.
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变.
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射.
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用.
（2）原子的核式结构模型.
在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转.
（3）核式结构模型的局限性.
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是分立的线状谱和原子的稳定性.
例1　如图所示是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列正确的是 （　　）
A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型
的重要依据
B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转
A
【解析】卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误.
1.（2024年江门模拟）（多选）α粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其实验装置如图所示.下列说法正确的是 （　　）
A.荧光屏在B位置的亮斑比A位置多
B.该实验说明原子的正电荷和绝大部
分质量集中在一个很小的核上
C.荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少
D.该实验说明原子质量均匀地分布在原子内
BC
【解析】根据α粒子散射实验现象，大多数粒子通过金箔后方向不变，少数粒子方向发生改变，极少数偏转超过90°，甚至有的被反向弹回，可知荧光屏在B位置的亮斑比A位置少，荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少，A错误，C正确；该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，而不是原子质量均匀地分布在原子内，B正确，D错误.
2.（多选）对α粒子散射实验的解释正确的是 （　　）
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
BCD
考点2　能级跃迁　［能力考点］
1.对氢原子能级图的理解
（1）能级图如图所示.
（2）能级图中相关量意义的说明.
相关量 意义
能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态——定态
横线左端的数字“1，2，3，…” 表示量子数
横线右端的数字“-13.6，-3.4，…” 表示氢原子的能量
带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν=Em-En
例2　（2024年安徽卷）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征.图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有 （　　）
A.1种 B.2种
C.3种 D.4种
B
例3　（2024年重庆卷）（多选）我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像.Hα和Hβ分别为氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线（如图），则 （　　）
A.Hα的波长比Hβ的小
B.Hα的频率比Hβ的小
C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV
D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
BD
【解析】氢原子n=3与n=2的能级差小于n=4与n=2的能级差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，A错误，B正确；Hβ对应的光子能量为E=（-0.85） eV-（-3.40） eV=2.55 eV，C错误；氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E=（-3.40） eV-（-13.60） eV=10.2 eV，Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，D正确.
1.（2024年江西卷）近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管（LED），开创了国际上第三条LED技术路线.某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV（约3.52×10-19 J），普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，则发光频率约为 （　　）
A.6.38×1014Hz B.5.67×1014Hz
C.5.31×1014Hz D.4.67×1014Hz
C
【解析】根据题意可知，辐射出的光子能量ε=3.52×10-19 J，由ε=hν，解得频率ν≈5.31×1014 Hz，C正确.
2.（2023年江苏卷）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义.如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态.该原子钟产生的钟激光的频率ν2为 （　　）
A.ν0+ν1+ν3　 B.ν0+ν1-ν3
C.ν0-ν1+ν3　 D.ν0-ν1-ν3
D
【解析】原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ-EⅠ=hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ-EⅠ=hν1+hν2+hν3，联立解得ν2=ν0-ν1-ν3，D正确.
知识巩固练
1.有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光.图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09×1014Hz的黄光，可见光谱如图乙所示.锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为 （　　）
A.红色　　B.橙色　　
C.绿色　　D.青色
（本栏目对应学生用书P449）
甲
乙
A
【解析】由波尔理论结合普朗克的量子假说，即E=hν，根据图甲可得ENa=hνNa，ELi=hνLi，代入数据可得νLi≈4.48×1014Hz，对照图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红光.故选A.
A
3.如图，大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b，则 （　　）
A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
B.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C.在水中传播时，a光较b光的速度小
D.氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
C
D
综合提升练
5.用如图甲所示的装置做氢气放电管实验观测到四种频率的可见光.已知可见光的光子能量在1.6~3.1 eV之间，氢原子能级图如图乙所示.下列说法正确的是 （　　）
A.观测到的可见光可能是氢原子由高
能级向n=3的能级跃迁时放出的
B.n=2能级的氢原子吸收上述某可见光后可能会电离
C.大量氢原子从高能级向基态跃迁时会辐射出紫外线
D.大量n=4能级的氢原子最多能辐射出4种频率的光
C
6.根据玻尔理论，氢原子的能级图如图甲所示，大量处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时，发出的复色光通过玻璃三棱镜后能分成如图乙所示的a、b、c、d四条可见光束.已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则b光为 （　　）
A.第6能级向第 2 能级跃迁产生的
B.第 4能级向第2 能级跃迁产生的
C.第6能级向第1能级跃迁产生的
D.第4能级向第1能级跃迁产生的
B
【解析】根据玻尔原子模型理论，依题意，因光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，不可能任何一个较高能级向第1能级跃迁而产生，因为从第2能级到第1能级辐射的光子能量最低，为10.2 eV，C、D错误；结合前面分析，因光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，也不可能是更高能级向第3能级跃迁产生的，因为辐射的最高能量为1.51 eV，所以一定是从较高能级向第2能级跃迁时产生的；根据玻尔理论，第7能级向第 2 能级跃迁辐射光子的能量大于3.11 eV，所以a、b、c、d四条光束只能是第6、5、4、3能级向第2能级跃迁辐射产生，且辐射光子能量依次减小；a、b、c、d四条可见光通过三棱镜，根据偏折程度可知，d光光子能量最大，b光光子能量第三，所以b光为第 4能级向第2 能级跃迁产生的，A错误，B正确.