原子结构章末总结 学案
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文档简介
章末总结
[学习目标]
1.知道卢瑟福的原子的核式结构模型
2.理解玻尔的原子理论假设
3.会根据玻尔的原子理论正确分析氢原子的跃迁现象
[学习重点难点]
重点：玻尔的原子理论的基本观点
难点：氢原子的跃迁的基本规律
[自主学习探究与典型例题分析]
一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1．实验结果：α粒子穿过金箔后，__________α粒子仍沿原来的方向前进；_____粒子有较大的偏转；_______α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，偏转角达到180°.
2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的_____，原子的全部______和几乎______都集中在原子核内，____绕核运转．
3．原子核的组成与尺度
(1)原子核的组成：由__________组成，原子核的电荷数等于___________．
(2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为_______，而原子的半径的数量级是_______．因而原子内部十分“空旷”．
例1 关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( )
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的
C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
二、玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解
1．玻尔原子模型
(1)原子只能处于一系列能量_______的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做_____，能量最低的状态叫_____，其他的状态叫做_______．
(2)频率条件
当电子从能量____的定态轨道(Em)跃迁到能量_____的定态轨道(En)时会放出能量为hν的光子，则：hν＝Em－En.反之，当电子吸收光子时会从_____的能量态跃迁到______的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定．
(3)原子的不同能量状态对应于电子的__________．
2．氢原子能级跃迁
(1)氢原子的能级
原子各能级的关系为：___________________
对于氢原子而言，基态能级：_________________
(2)氢原子的能级图
氢原子的能级图如图1所示．
INCLUDEPICTURE
"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X172A.TIF"
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X172A.TIF"
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图1
例2 已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10
m，量子数为n的能级值为En＝
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n＝3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k＝9×109
N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19
C，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，真空中光速c＝3×108
m/s)
三、原子的能级跃迁与电离
1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：
高能级Em低能级En.
2．当光子能量大于或等于13.6
eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子_____；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6
eV时，氢原子电离后，电子具有一定的________．
3．原子还可吸收外来_________(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可_________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(E＝Em－En)，均可使原子发生能级______．
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n＝2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，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19
C，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，电子质量me＝9.1×10－31
kg)
针对训练 一个氢原子处于基态，用光子能量为15
eV的电磁波去照射该原子，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？
[知识网络体系]
[课堂检测与课后作业]
1．(对核式结构模型的理解)在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是( )
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小
D．加速度最小
2．(对氢原子能级跃迁的理解)如图1所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X173.TIF"
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图1
A．13.6
eV
B．12.09
eV
C．10.2
eV
D．3.4
eV
3．(原子的能级跃迁和电离问题)氢原子能级的示意图如图2所示，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( )
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X174.TIF"
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X174.TIF"
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图2
A．可见光光子能量范围在1.62
eV到2.11
eV之间
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．a光的频率大于b光的频率
D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离
4.(氢原子的能级跃迁)如图3所示为氢原子能级的示意图．现有大量的氢原子处于n＝4的激发态．当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是( )
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X175.TIF"
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X175.TIF"
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图3
A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34
eV的金属箔能发生光电效应
[自主学习探究与典型例题分析]
一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1．绝大多数
少数
极少数
2．原子核
正电荷
全部质量
3．原子核的组成与尺度
(1)质子和中子
原子核中的质子数．
(2)
10－15
m
10－10
m
例1
解析 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α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α粒子发生大角度偏转，说明受到原子核明显的力作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错．
答案 BC
二、玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解
1．玻尔原子模型
(1)不连续
定态
基态
激发态
(2)频率条件
较高
较低
较低
较高
(3)不同运行轨道．
2．氢原子能级跃迁
(1)氢原子的能级
原子各能级的关系为：En＝(n为量子数，n＝1,2,3，…)
对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6
eV.
(2)氢原子的能级图
氢原子的能级图如图1所示．
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X172A.TIF"
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X172A.TIF"
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图1
例2
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＝，又知Ek＝mv2，
故电子在基态轨道上运动的动能为：
Ek＝
＝
J
≈2.18×10－18
J≈13.6
eV.
(2)当n＝1时，能级值为E1＝
eV＝－13.6
eV.
当n＝2时，能级值为E2＝
eV＝－3.4
eV.
当n＝3时，能级值为E3＝
eV≈－1.51
eV.
能发出的光谱线分别为3→2、2→1、3→1共3种，能级图如图所示．
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"\\\\张红\\张红
(e)\\2014幻灯片（原文件）\\同步\\物理\\物理人教3-5\\X172B.TIF"
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(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．
hν＝E3－E1，又知ν＝，则有
λ＝＝
m≈1.03×10－7
m.
答案 见解析
三、原子的能级跃迁与电离
1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：
高能级Em低能级En.
2．电离
初动能．
3．实物粒子
全部或部分
级跃迁．
例3 解析 (1)n＝2时，E2＝－
eV＝－3.4
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n＝2激发态的原子电离，电离能为
ΔE＝E∞－E2＝3.4
eV
ν＝＝
Hz≈8.21×1014
Hz
(2)波长为200
nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0＝hν＝6.63×10－34×
J＝9.945×10－19
J
电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19
J＝5.44×10－19
J
由能量守恒hν－ΔE＝mev2
代入数值解得v≈9.95×105
m/s
答案 (1)8.21×1014
Hz (2)9.95×105
m/s
针对训练
解析 氢原子从基态n＝1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，完全电离后还剩余动能Ek＝15
eV－13.6
eV＝1.4
eV.
[课堂检测与课后作业]
1、答案 A
2、答案 B
3、答案 C
解析 由能级跃迁公式ΔE＝Em－En得：
ΔE1＝E4－E2＝－0.85
eV－(－3.4
eV)＝2.55
eV
ΔE2＝E3－E2＝－1.51
eV－(－3.4
eV)＝1.89
eV
故A错．据ΔE＝＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85
eV－(－1.51
eV)＝0.66
eV，所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4
eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4
eV时才能电离，D错．
4、答案 D
解析 在该题中，从n＝4的激发态向低能级跃迁时，从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即发出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类数为C＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34
eV，因而可以使逸出功为6.34
eV的金属箔发生光电效应，D正确．
[学习目标]
1.知道卢瑟福的原子的核式结构模型
2.理解玻尔的原子理论假设
3.会根据玻尔的原子理论正确分析氢原子的跃迁现象
[学习重点难点]
重点：玻尔的原子理论的基本观点
难点：氢原子的跃迁的基本规律
[自主学习探究与典型例题分析]
一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1．实验结果：α粒子穿过金箔后，__________α粒子仍沿原来的方向前进；_____粒子有较大的偏转；_______α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，偏转角达到180°.
2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的_____，原子的全部______和几乎______都集中在原子核内，____绕核运转．
3．原子核的组成与尺度
(1)原子核的组成：由__________组成，原子核的电荷数等于___________．
(2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为_______，而原子的半径的数量级是_______．因而原子内部十分“空旷”．
例1 关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( )
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的
C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
二、玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解
1．玻尔原子模型
(1)原子只能处于一系列能量_______的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做_____，能量最低的状态叫_____，其他的状态叫做_______．
(2)频率条件
当电子从能量____的定态轨道(Em)跃迁到能量_____的定态轨道(En)时会放出能量为hν的光子，则：hν＝Em－En.反之，当电子吸收光子时会从_____的能量态跃迁到______的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定．
(3)原子的不同能量状态对应于电子的__________．
2．氢原子能级跃迁
(1)氢原子的能级
原子各能级的关系为：___________________
对于氢原子而言，基态能级：_________________
(2)氢原子的能级图
氢原子的能级图如图1所示．
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图1
例2 已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10
m，量子数为n的能级值为En＝
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n＝3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k＝9×109
N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19
C，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，真空中光速c＝3×108
m/s)
三、原子的能级跃迁与电离
1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：
高能级Em低能级En.
2．当光子能量大于或等于13.6
eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子_____；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6
eV时，氢原子电离后，电子具有一定的________．
3．原子还可吸收外来_________(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可_________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(E＝Em－En)，均可使原子发生能级______．
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n＝2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，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19
C，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，电子质量me＝9.1×10－31
kg)
针对训练 一个氢原子处于基态，用光子能量为15
eV的电磁波去照射该原子，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？
[知识网络体系]
[课堂检测与课后作业]
1．(对核式结构模型的理解)在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是( )
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小
D．加速度最小
2．(对氢原子能级跃迁的理解)如图1所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
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图1
A．13.6
eV
B．12.09
eV
C．10.2
eV
D．3.4
eV
3．(原子的能级跃迁和电离问题)氢原子能级的示意图如图2所示，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( )
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图2
A．可见光光子能量范围在1.62
eV到2.11
eV之间
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．a光的频率大于b光的频率
D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离
4.(氢原子的能级跃迁)如图3所示为氢原子能级的示意图．现有大量的氢原子处于n＝4的激发态．当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是( )
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图3
A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34
eV的金属箔能发生光电效应
[自主学习探究与典型例题分析]
一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1．绝大多数
少数
极少数
2．原子核
正电荷
全部质量
3．原子核的组成与尺度
(1)质子和中子
原子核中的质子数．
(2)
10－15
m
10－10
m
例1
解析 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α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α粒子发生大角度偏转，说明受到原子核明显的力作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错．
答案 BC
二、玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解
1．玻尔原子模型
(1)不连续
定态
基态
激发态
(2)频率条件
较高
较低
较低
较高
(3)不同运行轨道．
2．氢原子能级跃迁
(1)氢原子的能级
原子各能级的关系为：En＝(n为量子数，n＝1,2,3，…)
对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6
eV.
(2)氢原子的能级图
氢原子的能级图如图1所示．
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图1
例2
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＝，又知Ek＝mv2，
故电子在基态轨道上运动的动能为：
Ek＝
＝
J
≈2.18×10－18
J≈13.6
eV.
(2)当n＝1时，能级值为E1＝
eV＝－13.6
eV.
当n＝2时，能级值为E2＝
eV＝－3.4
eV.
当n＝3时，能级值为E3＝
eV≈－1.51
eV.
能发出的光谱线分别为3→2、2→1、3→1共3种，能级图如图所示．
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(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．
hν＝E3－E1，又知ν＝，则有
λ＝＝
m≈1.03×10－7
m.
答案 见解析
三、原子的能级跃迁与电离
1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：
高能级Em低能级En.
2．电离
初动能．
3．实物粒子
全部或部分
级跃迁．
例3 解析 (1)n＝2时，E2＝－
eV＝－3.4
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n＝2激发态的原子电离，电离能为
ΔE＝E∞－E2＝3.4
eV
ν＝＝
Hz≈8.21×1014
Hz
(2)波长为200
nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0＝hν＝6.63×10－34×
J＝9.945×10－19
J
电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19
J＝5.44×10－19
J
由能量守恒hν－ΔE＝mev2
代入数值解得v≈9.95×105
m/s
答案 (1)8.21×1014
Hz (2)9.95×105
m/s
针对训练
解析 氢原子从基态n＝1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，完全电离后还剩余动能Ek＝15
eV－13.6
eV＝1.4
eV.
[课堂检测与课后作业]
1、答案 A
2、答案 B
3、答案 C
解析 由能级跃迁公式ΔE＝Em－En得：
ΔE1＝E4－E2＝－0.85
eV－(－3.4
eV)＝2.55
eV
ΔE2＝E3－E2＝－1.51
eV－(－3.4
eV)＝1.89
eV
故A错．据ΔE＝＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85
eV－(－1.51
eV)＝0.66
eV，所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4
eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4
eV时才能电离，D错．
4、答案 D
解析 在该题中，从n＝4的激发态向低能级跃迁时，从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即发出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类数为C＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34
eV，因而可以使逸出功为6.34
eV的金属箔发生光电效应，D正确．