课件43张PPT。第3章 3.1 电子的发现及其重大意义
3.2 原子模型的提出学习目标
1.知道阴极射线的组成，电子是原子的组成部分.
2.了解汤姆生发现电子的研究方法及蕴含的科学思想.
3.了解α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象.
4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容.
5.知道原子和原子核大小的数量级，原子的组成及带电情况.内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究一、阴极射线 电子的发现1.在图1所示的实验中，将阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去管中的空气，会产生什么现象？当气压降得很低时，又有什么现象发生？答案答案 接上高压电源后，管内会产生气体放电现象，当气压降得很低时，管内不再发光，但由阴极发射出的射线，能使荧光物质发光.图12.人们对阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是一种电磁波，另一种观点认为是带电微粒，你认为应如何判断哪种观点正确？答案答案 可以让阴极射线通过电场(磁场)，若射线垂直于电场(磁场)方向射入之后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的.1.阴极射线的特点
(1)在真空中沿____传播；
(2)碰到物体可使物体发出_____.
2.汤姆生对阴极射线本质的探究
结论：汤姆生通过实验得出，阴极射线是一种带负电的__________的粒子，物理学中称为电子，电子是原子的组成部分.直线荧光质量很小判断下列说法的正误.
(1)阴极射线在真空中沿直线传播.( )
(2)英国物理学家汤姆生认为阴极射线是一种电磁辐射.( )
(3)组成阴极射线的粒子是电子.( )
(4)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值.( )×√×√二、α粒子散射实验如图2所示为1909年英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：
1.什么是α粒子？答案答案 α粒子( )是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍.图22.实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？答案答案 ①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子.
②带荧光屏的放大镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光.
实验过程：
α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向.带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目.3.实验现象如何？答案答案 绝大多数的α粒子穿过金箔后沿原来的方向前进，少数α粒子发生了大角度的偏转，有的α粒子偏转角超过90°，极少数α粒子甚至被反弹回来.4.少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？答案 α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射.1.α粒子散射实验装置由________、_____、___________________等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于_____中.
2.实验现象
(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后沿_____的方向前进；
(2)少数α粒子发生了_______的偏转；
(3)有的α粒子偏转角超过_____，有极少数α粒子甚至被反弹回来.
3.α粒子散射实验的结果用汤姆生的“枣糕模型”无法解释.α粒子源金箔带有荧光屏的放大镜真空原来大角度90°判断下列说法的正误.
(1)α粒子散射实验证明了汤姆生的原子模型是符合事实的.( )
(2)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹.( )
(3)α粒子大角度的偏转是电子造成的.( )
(4)α粒子带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍.( )××××答案答案 原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量相等.三、原子的核式结构模型 原子核的电荷与尺度1.原子中的原子核所带电荷量有何特点？答案 ①由于原子核很小，大多数α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动方向几乎不改变.
②只有极少数α粒子有机会与原子核接近，受到原子核较大的斥力而发生明显的偏转.2.核式结构模型是如何解释α粒子散射实验结果的？1.核式结构模型：1911年由卢瑟福提出.在原子中心有一个很小的核，叫_______.它集中了原子的全部_______和几乎全部的_____，____在核外空间绕核旋转.
2.原子核的电荷与尺度原子核质量正电荷电子 10－10 m10－15 m判断下列说法的正误.
(1)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动.( )
(2)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷.( )√√
题型探究例1 (多选)下面对阴极射线的认识正确的是
A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的
B.只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C.阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线
D.阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力
作用而脱离阴极√√解析答案一、对阴极射线的认识解析 阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故A错误，C正确；
只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故B错误，D正确.1.利用磁偏转测量
(1)让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图3)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝ .二、带电粒子比荷的测定图3(2)撤去电场(如图4)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r.图4(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：2.利用电偏转测量
带电粒子在匀强电场中运动，偏转量
所以在偏转电场中，U、d、L已知时，只需测量v和y即可.例2 在再现汤姆生测阴极射线比荷的实验中，采用了如图5所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑.若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：
(1)说明阴极射线的电性.图5答案 负电解析答案解析 由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电.答案 垂直纸面向外解析答案(2)说明图中磁场沿什么方向.解析 由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外.答案解析答案(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷.解析 设此射线带电量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv.当射线在D、G间的磁场中偏转时，有Bqv＝ .同时又有L＝r·sin θ，如图所示，解得图6答案解析答案针对训练1 如图6所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P距离为Y0，求电子的比荷.解析 由于电子在电场中做类平抛运动，沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足
解决带电粒子在电场中运动的三个步骤
(1)确定研究对象，并根据题意判断是否可以忽略带电粒子的重力.
(2)对研究对象进行受力分析，必要时要画出力的示意图；分析判断粒子的运动性质和过程，画出运动轨迹示意图.
(3)选用恰当的物理规律列方程求解.例3 如图7所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是三、对α粒子散射实验的理解A.在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内
观察到屏上的闪光次数一样多
B.在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C.卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观
察到的实验结果基本相似
D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子
后产生的反弹√图7解析答案解析 α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射.所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，所以选项A、B错误.
α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确.针对训练2 卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是解析答案√解析 α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确.解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点：
(1)明确实验装置中各部分的组成及作用.
(2)弄清实验现象，知道“绝大多数”、“少数”和“极少数”α粒子的运动情况及原因.1.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数.
2.原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释：
(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小.因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转.
(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转.四、原子的核式结构分析(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少，如图8所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°.图8例4 (多选)下列对原子结构的认识中，正确的是
A.原子中绝大部分是空的，原子核很小
B.电子在核外运动，库仑力提供向心力
C.原子的全部正电荷都集中在原子核里
D.原子核的直径大约为10－10 m解析答案√√√解析 卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为10－15 m，原子直径的数量级为10－10 m，原子直径是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误.
达标检测1.(多选)英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的实验研究发现
A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D.汤姆生并未精确得出阴极射线粒子的电荷量√123解析答案√4解析 阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确.
由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B错误.
不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误.
最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D正确.12342.(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是
A.在实验中，观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的
方向前进，极少数发生了较大角度的偏转
B.使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近
核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时，是电
子的吸引力使之发生明显偏转
C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积极小的一部分
D.实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量12答案3√√43.X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的12解析答案3√解析 α粒子离金核越远其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确.44.(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有
A.原子的中心有个核，叫原子核
B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D.带负电的电子在核外绕着核旋转12答案3√√√4课件40张PPT。第3章 3.3 量子论视野下的原子模型学习目标
1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容.
2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量.
3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱.内容索引
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知识探究一、玻尔原子理论的基本假设1.按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动.我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢？答案答案 不可以.在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而卫星的轨道半径理论上可按需要任意取值.2.氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么？它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系？答案答案 电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为En)时，会放出能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m＞n).
当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由上式决定.1.轨道量子化
(1)轨道半径只能够是某些_____的数值.
(2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0.053 nm，轨道半径满足rn＝_____，n为量子数，n＝_________.
2.能级
(1)能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是_________，因而各定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在______的能量值叫做原子的能级.分立n2r11,2,3，…不连续的各定态(2)基态和激发态
①基态：在正常状态下，原子处于能量_____的状态，这时电子在离核最___的轨道上运动，这一定态叫做______.
②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做________.
(3)能量量子化
不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.
原子各能级：En＝ E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)最低基态激发态近3.光子的发射和吸收
(1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会_____光子，放出光子的能量hν与始末两能级Em、En之间的关系为：hν＝________.
(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从_______跃迁到_______.
高能级Em 低能级En发射Em－En低能级高能级判断下列说法的正误.
(1)玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点.( )
(2)玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值.( )
(3)当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子.( )
(4)处于能级越高的氢原子，向低能级跃迁时释放的光子能量越大.( )××√×二、原子的能级跃迁问题根据氢原子的能级图，说明：
1.氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？答案答案 氢原子辐射光子的能量决定于两个能级差hν＝Em－En(n2.各种物质的原子结构不同，________也就各不相同，它们可以发射的_________也不相同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而有自己的_________.能级分布光的频率原子光谱不连续的图2判断下列说法的正误.
(1)玻尔理论能很好地解释氢原子的光谱.( )
(2)处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子.( )
(3)不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光子频率是相同的.( )√××答案答案 (1)玻尔理论成功之处在于第一次将量子化的思想引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱.
(2)它的局限性在于过多的保留了经典粒子的观念.
三、玻尔理论的局限性玻尔理论的成功之处在哪儿？为什么说它又有局限性？1.玻尔理论的成就
玻尔理论第一次将__________引入原子领域；提出了能级和跃迁的概念，成功解释了______光谱的实验规律.
2.玻尔理论的局限性
没有彻底摆脱___________的束缚，对比较复杂的原子光谱无法解释.
3.电子云
原子中电子的运动并没有确定的_____，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的_____不同.如果用疏密不同的点表示电子在各处出现的____，画出图来，就像____一样，人们把它叫做_______.量子观念经典物理学氢原子轨道概率概率云雾电子云判断下列说法的正误.
(1)玻尔第一次提出了量子化的观念.( )
(2)玻尔的原子理论模型很好地解释了氦原子的光谱现象.( )
(3)电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动.( )√××
题型探究例1 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有
A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐
射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子
的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率√√解析答案一、对玻尔原子模型的理解√解析 A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念.
原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合.
原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核运动的频率无关.例2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中
A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大
B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小
C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小
D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大解析答案√解析 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错；
氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即： 由此式可知：电子离核越远，
即r越大时，电子的动能越小，故A、C错；
由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D正确.针对训练1 (多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是
A.核外电子运动轨道半径可取任意值
B.氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大
C.电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em
－En(m>n)
D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量解析答案√√解析 根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是一些确定的值，而不是任意值，A错误；
氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；
由跃迁规律可知C正确；
氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误.原子的能量及变化规律
(1)原子的能量：En＝Ekn＋Epn.(3)当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小.
(4)电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了光子，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上.即电子轨道半径越大，原子的能量越大.1.对能级图的理解
由En＝ 知，量子数越大，能级差越小，能级横线间的距离越小.n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态.
2.跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足hν＝|Em－En|，h ＝|Em－En|.
3.大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射 种不同频率的光，一个处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n－1)种频率的光子.二、氢原子的跃迁规律分析C.一群处于n＝3能级上的氢原子向低
能级跃迁时最多产生3种谱线
D.用波长为633 nm的光照射，不能使
氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级例3 (多选)氢原子能级图如图3所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是
A.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级图3解析答案√√解析 能级间跃迁辐射(吸收)的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射(吸收)的光子频率越大，波长越小，A错误；
由Em－En＝hν可知，B错误，D正确；
根据 ＝3可知，C正确.针对训练2 如图4所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有
A.15种 B.10种 C.4种 D.1种图4解析答案√解析 基态的氢原子的能级值为－13.6 eV，吸收13.06 eV的能量后变成－0.54 eV，原子跃迁到n＝5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是 种＝10种.原子跃迁时需要注意的两个问题
(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，但是如果有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现.
(2)注意跃迁与电离：hν＝Em－En只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.
达标检测1.根据玻尔理论，关于氢原子的能量，下列说法中正确的是
A.是一系列不连续的任意值
B.是一系列不连续的特定值
C.可以取任意值
D.可以在某一范围内取任意值123答案√42.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是
A.电子绕核旋转的轨道半径增大
B.电子的动能减少
C.氢原子的电势能增大
D.氢原子的能级减小√解析 氢原子辐射出光子后，由高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，电子动能增大，此过程中库仑力做正功，电势能减小.解析答案12343.(多选)如图5所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，则下列判断中正确的是
A.能量和频率最大、波长最短的是B光子
B.能量和频率最小、波长最长的是C光子
C.频率关系为νB＞νA＞νC
D.波长关系为λB＞λA＞λC解析答案√√√图51234解析 从图中可以看出电子在三种不同能级之间跃迁时，能级差由大到小依次是B、A、C，所以B光子的能量和频率最大，波长最短，能量和频率最小、波长最长的是C光子，所以频率关系是νB＞νA＞νC，波长关系是λB<λA<λC，故选项A、B、C正确，D错误.12344.氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV，普朗克常量取h＝6.6×
10－34 J·s.
(1)处于n＝2激发态的氢原子，至少要吸收多大能量的光子才能电离？答案 3.4 eV解析 E2＝ ＝－3.4 eV
则处于n＝2激发态的氢原子，至少要吸收3.4 eV能量的光子才能电离.解析答案1234(2)今有一群处于n＝4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同频率的光？其中最小的频率是多少？(结果保留2位有效数字)答案 6种 1.6×1014 Hz解析 根据 ＝6知，一群处于n＝4激发态的氢原子最多能辐射出的光子种类为6种.
n＝4→n＝3时，光子频率最小为νmin，则E4－E3＝hνmin，
代入数据，解得νmin＝1.6×1014 Hz.解析答案1234课件27张PPT。第3章 3.4 光谱分析在科学技术中的应用学习目标
1.了解各种光谱及其特点.
2.知道光谱分析及其重要应用.内容索引
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知识探究一、光谱根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样的？答案答案 根据经典电磁理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子光谱应该是连续的，而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱.1.定义：
用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱.
按形成条件，将光谱分为____光谱和_____光谱.
2.发射光谱：物体发光直接产生的光谱.
(1)连续谱.
连续分布的包含有_____________组成的光谱.
①产生：___________、_____和_________的光谱，如白炽灯丝、烛焰、炽热钢水等发出的光都是连续光谱.
②特点：光谱是连在一起的光带.发射吸收一切波长的光炽热的固体高压气体液体(2)线状谱.
由一些______的亮线组成的光谱，又叫原子光谱.
①产生：由游离态的原子发射的，因此也叫原子光谱.________和金属的蒸气的发射光谱是线状谱.
②特点：不同元素的原子产生的线状谱是_____的，但同种元素的原子产生的线状谱是____的，这意味着，某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别.
(3)特征光谱.
每种元素的原子都有各自的_____光谱，即由一系列_______的具有特定波长的谱线组成的光谱.不连续稀薄气体不同相同发射不连续3.吸收光谱.
物体发出的白光，通过温度较低的物质蒸气时，某些波长的光被该物质_______形成的光谱.
(1)产生：物体发出的白光通过_________的物质蒸气时产生的.
(2)特点：在连续谱的背景上有若干条_____.同种元素的吸收光谱与______是一一对应的.吸收后线状谱温度较低暗线(3)太阳光谱是____光谱
①特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线.
②产生原因：阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球上的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱明亮背景下的暗线.吸收判断下列说法的正误.
(1)各种原子的发射光谱都是连续谱.( )
(2)不同原子的发光频率是不一样的.( )
(3)连续谱一定是发射光谱( )×√√二、光谱分析为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开？我们记录光谱有什么样的意义？答案答案 不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，因此经过棱镜后的偏折程度也不同.
光谱分析的意义：①应用光谱分析发现新元素，光谱分析对鉴别化学元素有着重大的意义，许多化学元素，如铯、铷、铊、铟、镓等，都是在实验室里通过光谱分析发现的.
②天文学家将光谱分析应用于恒星，证明了宇宙中物质构成的统一性.
③光谱分析还为深入研究原子世界奠定了基础，近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的.1.光谱分析
由于每种元素都有自己的特征光谱，可以根据_____来鉴
别物质和确定它们的化学组成，这种方法叫光谱分析.
2.优点：灵敏、迅速，某种元素在样品中的含量只要有__________就能检测出来.光谱1×10－10 g3.应用
(1)鉴定产品的纯度(如检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求).
(2)发现新元素(如元素铷和铯).
(3)研究天体的物质成分(如研究太阳光谱时发现了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、钙、钠等元素).
(4)鉴定食品的优劣.
(5)鉴定文物.判断下列说法的正误.
(1)光谱分析时，既可以用线状谱，也可以用连续谱.( )
(2)利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分.( )√×
题型探究例1 关于光谱，下列说法正确的是
A.一切光源发出的光谱都是连续谱
B.一切光源发出的光谱都是线状谱
C.稀薄气体发光形成的光谱是线状谱
D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱√解析答案一、光谱解析 由于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，故A、B错误；
稀薄气体发光形成的光谱为线状谱，C正确；
白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，D错误.1.优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－10 g.
2.应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分.
3.用于光谱分析的光谱：线状光谱和吸收光谱.二、光谱分析4.几种光谱的比较例2 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C.进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱
D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分解析答案√√解析 太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，选项A错误；
月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，选项D错误；
用于光谱分析只能是线状谱或吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项C正确；
煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确.
达标检测1.(多选)关于光谱，下列说法中正确的是
A.炽热的液体发射连续谱
B.线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析
C.太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素
D.发射光谱一定是连续谱123√4√解析答案解析 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，故A正确；
线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析，B正确；
太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，C错误；
发射光谱有连续谱和线状谱，D错误.2.(多选)下列光谱中属于原子光谱的是
A.太阳光谱
B.放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱
C.白炽灯的光谱
D.酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱√解析 放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱，燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的，均是原子光谱，故选项B、D对.解析答案√12343.(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱
B.霓虹灯产生的是线状谱
C.进行光谱分析时，只能用线状谱
D.同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案√√12344.太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于
A.太阳表面大气层中缺少相应的元素
B.太阳内部缺少相应的元素
C.太阳表面大气层中存在着相应的元素
D.太阳内部存在着相应的元素解析答案√1234解析 吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光被物质吸收后产生的.阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去.易错原因是不理解光谱的成因以及不同谱线的特点.1234课件21张PPT。第3章 章末总结内容索引
知识网络
题型探究
达标检测
知识网络电子流核式能量EM -En轨道连续明线
题型探究例1 (多选)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，使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粒子的吸引力很大解析答案√√一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解解析 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些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，说明会受到原子核明显的力的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，因电子的质量远小于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.1.氢原子的半径公式
rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r1＝0.53×10－10 m.
2.氢原子的能级公式
氢原子的能级公式：En＝ E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV.二、玻尔氢原子理论3.氢原子的能级图(如图1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hν＝Em－En.图1例2 如图2为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子
A.从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃
迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长
B.从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃
迁到n＝4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
外放出能量解析答案图2√解析 氢原子从高能级跃迁到低能级辐射一定频率的光子.Em－En＝hν，能级差值越大，辐射光子的频率越大，波长越短，E4－E3＜E3－E2，所以A项正确；
辐射出的电磁波速度一样大，B项错误；
处在不同能级时，核外电子出现的概率不一样，能级越低，概率越大，C项错误；
氢原子由高能级向低能级跃迁时氢原子一定放出能量，而不是氢原子核，故D错误.A.用波长为600 nm的X射线照射，可以使稳
定的氢原子电离
B.用能量是10.2 eV的光子可以激发处于基态
的氢原子
C.用能量是2.5 eV的光子入射，可以使基态
的氢原子激发
D.用能量是11.0 eV 的外来电子，可以
使处于基态的氢原子激发例3 (多选)如图3所示是氢原子能级示意图的一部分，则下列说法正确的是解析答案图3√√解析 “稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大于或等于13.6 eV，而波长为600 nm的X射线的能量为E＝h ＝6.63×10－34× eV≈2.07 eV<13.6 eV，A错误.
因ΔE＝E2－E1＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故10.2 eV的光子可以使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确；
2.5 eV的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差，因此不能使氢原子发生跃迁，C错误；
外来电子可以将10.2 eV的能量传递给氢原子，使它激发，外来电子还剩余11.0 eV－10.2 eV＝0.8 eV的能量，D正确.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子：
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收.不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题；
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如：自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差(E＝Em－En)，就可使原子发生能级跃迁.
达标检测1.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√123解析答案4123解析 在α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，当α粒子离金原子核最近时，它们之间的库仑力最大，α粒子的动能最小.
由于受到的金原子核外电子的作用相对较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变.
综上所述，正确选项应为A.42.卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现，关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是
A.说明了质子的存在
B.说明了原子核是由质子和中子组成的
C.说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D.说明了正电荷均匀分布12答案3√43.(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是
A.用10.2 eV的光子照射
B.用11 eV的光子照射
C.用14 eV的光子照射
D.用10 eV的光子照射12答案3√√4A.最容易发生衍射现象的光是由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4.如图4所示为氢原子能级的示意图.现有大量处于n＝4激发态的氢原子，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12解析答案34√图4解析 从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即辐射出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射现象的，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，辐射出的光子的频率最小，B错误；
可辐射出的光子频率的种类数为 ＝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.1234
