《（全國版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第48課時 原子結(jié)構(gòu)學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第48課時 原子結(jié)構(gòu)學(xué)案（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第48課時　原子結(jié)構(gòu) 考點1　原子的核式結(jié)構(gòu) 1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。 2．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，英籍物理學(xué)家盧瑟福進行了α粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。 (2)α粒子散射實驗的結(jié)果：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，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。 (3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。 1．下列四個示意圖表示的實驗中能說明原子核

2、式結(jié)構(gòu)的是(　　) 答案　A 解析　α粒子散射實驗說明原子的核式結(jié)構(gòu)，故A正確；雙縫干涉實驗證明光具有波動性，故B錯誤；光電效應(yīng)說明光具有粒子性，故C錯誤；放射線在磁場中偏轉(zhuǎn)是根據(jù)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向確定放射線的電性，故D錯誤。 2．(多選)關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是(　　) A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的 B．原子的中心有個核，叫做原子核 C．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外旋轉(zhuǎn) 答案　BD 解析　原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在α粒子的散射實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，A錯誤。原子中絕大部分是空的，帶正電

3、的部分集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，B正確、C錯誤。原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負電的電子在核外旋轉(zhuǎn)，D正確。 3. 根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，如圖所示虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡。在α粒子從a運動到b、再運動到c的過程中，下列說法中正確的是(　　) A．動能先增大，后減小 B．電勢能先減小，后增大 C．電場力先做負功，后做正功，總功等于零 D．加速度先變小，后變大 答案　C 解析　α粒子從a點經(jīng)b點到達等勢點c的過程中電場力先做負功后做正功，α粒子的電勢能先增加后減小、動能先減小后增大，

4、加速度先變大，后變小，回到同一等勢線上時，電場力做的總功為零，故C正確。 考點2　能級躍遷及相關(guān)的能量問題 1．氫原子光譜 (1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。 (2)光譜分類： (3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式＝R(n＝3,4,5…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。 (4)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(xué)元素上有著重大的意義。 2．氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式 (1)玻

5、爾理論 ①定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。 ②躍遷：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) ③軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。 (2)幾個概念 ①能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫做能級。 ②基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。 ③激發(fā)

6、態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他狀態(tài)。 ④量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。 (3)氫原子的能級公式：En＝E1(n＝1,2,3…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV。 (4)氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10 m。 (5)氫原子的能級圖：能級圖如圖所示。 [例]　 (2017·遼寧沈陽郊聯(lián)體期末)根據(jù)氫原子的能級圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到一群處于基態(tài)(量子數(shù)n＝1)的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子

7、能量為(　　) A．13.6 eV B．3.4 eV C．12.75 eV D．12.09 eV 解析　受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，說明氫原子從n＝1能級躍遷到n＝4能級上，所以照射氫原子的單色光的光子能量E＝E4－E1＝12.75 eV，C正確。 答案　C 能級躍遷中的幾種情況 (1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率ν＝＝。 (2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。 ①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差hν＝ΔE，即對光子的吸收具有選擇性。 ②當(dāng)入射光子能量大于該能級的電離能時，原子對光子吸收不再具有選擇性，而是

8、吸收電離。 ③碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，即E外≥ΔE。 (3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光的種類有C＝種。一個氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時，最多可輻射出的光的種類有n－1種。 1．(2017·河南省洛陽月考)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.＝＋ 答案　B 解析　大量氫原子躍遷時只有三個頻率的光譜，這說明是從n＝3能級向低能級躍遷。由

9、于ν3>ν2>ν1，則： n＝3能級向n＝1能級躍遷時，hν3＝E3－E1 n＝2能級向n＝1能級躍遷時，hν2＝E2－E1 n＝3能級向n＝2能級躍遷時，hν1＝E3－E2 將以上三式變形可得，hν3＝hν2＋hν1 解得ν3＝ν2＋ν1，故B正確，再根據(jù)氫原子理論可知，入射光頻率ν0＝ν3，故A、C、D錯誤。 2．氫原子輻射出一個光子后(　　) A．電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大 B．電子的動能增大 C．氫原子的電勢能增大 D．原子的能級值增大 答案　B 解析　根據(jù)玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道，在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因

10、而電勢能應(yīng)減小。另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力：k＝m，則Ek＝mv2＝。可見，電子運動半徑越小，其動能越大。再結(jié)合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，氫原子放出光子，輻射出一定的能量，所以原子的總能量減少，只有B正確。 3．(2018·廣州市執(zhí)信中學(xué)期末)已知氫原子的能級如圖所示，現(xiàn)用光子能量介于10～12.9 eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是(　　) A．在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種 B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種 C．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有10種 D．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同

11、波長的光有3種 答案　B 解析　因為－13.6 eV＋10 eV＝－3.6 eV，－13.6 eV＋12.9 eV＝－0.7 eV，能量介于－3.6～－0.7 eV的能級有n＝2、3、4三種，可知照射光中有三種頻率的光子被吸收，故A錯誤、B正確；氫原子躍遷的最高能級為n＝4能級，根據(jù)C＝6知，氫原子發(fā)射出六種不同波長的光，故C、D錯誤，故選B。 1．在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是(　　) A．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上 B．正電荷在原子中是均勻分布的 C．原子中存在著帶負電的電子 D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)

12、中 答案　A 解析　α粒子和電子之間有相互作用力，它們接近時就有庫侖引力作用，但由于電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的，粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個灰塵碰撞一樣，α粒子質(zhì)量大，其運動方向幾乎不改變，α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明三點：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較大的正電荷；三是這一粒子的體積很小，故A正確。 2．如圖所示為α粒子散射實驗裝置，粒子打到熒光屏上都會引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中a、b、c、d四個位置。則這四個位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合實驗事實的是(　　) A．1305、25、7、1 B．202、405、6

13、25、825 C．1202、1010、723、203 D．1202、1305、723、203 答案　A 解析　由于絕大多數(shù)粒子運動方向基本不變，所以a位置閃爍次數(shù)最多，少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。符合該規(guī)律的數(shù)據(jù)只有A選項。 3．(2018·長春外國語學(xué)校期末)(多選)氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離原子核較近的軌道上，下列說法正確的是(　　) A．核外電子受力變小 B．原子的能量減少 C．氫原子要吸收一定頻率的光子 D．氫原子要放出一定頻率的光子 答案　BD 解析　根據(jù)F＝k得，軌道半徑減小，則核外電子受力變大，故A錯誤；由較遠軌道躍遷到較

14、近軌道，原子能量減小，故B正確；因為原子能量減小，所以氫原子放出一定頻率的光子，故C錯誤、D正確。 4．(2017·吉林高中三調(diào))下列說法正確的是(　　) A．β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分 B．α粒子散射實驗揭示了原子具有棗糕式結(jié)構(gòu) C．氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越低 D．原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為λ1的光子；原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子從a能級躍遷到c能級狀態(tài)時將要吸收波長為的光子 答案　D 解析　β衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時產(chǎn)生電子的過程，但電子不是原子核的組成部分，故A錯誤；α粒子

15、散射實驗揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)，B錯誤；氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越高，C錯誤；原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為λ1的光子；原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為λ2的光子，已知λ1>λ2。根據(jù)玻爾理論得a→b：Ea－Eb＝h，b→c：Ec－Eb＝h，a→c：Ec－Ea＝h，聯(lián)立上三式得，λ＝，D正確。 5．(2017·湖北七市聯(lián)考)(多選)如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n＝5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，一共可以輻射出10種不同頻率的光子。其中萊曼系是指氫原子由高能級向n＝1 能級躍遷時釋放的光子，則(　　) A．10種光子中波長最短的是n＝5激發(fā)態(tài)躍遷

16、到基態(tài)時產(chǎn)生的 B．10種光子中有4種屬于萊曼系 C．使n＝5能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量 D．從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放光子的能量 答案　AB 解析　n＝5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的光子的能量最大、頻率最大，所以波長最短，故A正確；由題意知，從n＝5、4、3、2激發(fā)態(tài)躍遷到n＝1時發(fā)出的4種光子屬于萊曼系，故B正確；由圖知，n＝5能級的電離能為0.54 eV，故C錯誤；從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量大于n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放光子的能量，故D錯誤。 6．(多選)按照玻爾的理論，氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的

17、能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動的動能。當(dāng)一個氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時，下列說法正確的是(　　) A．氫原子系統(tǒng)的電勢能減小，電子的動能增加 B．氫原子系統(tǒng)的電勢能減小，電子的動能減小 C．氫原子可能輻射6種不同波長的光 D．氫原子可能輻射3種不同波長的光 答案　AD 解析　當(dāng)一個氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時，軌道半徑減小，能量減小，根據(jù)k＝m知，電子動能增大，電勢能減小，故A正確，B錯誤；當(dāng)一個氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時，可能放出3種不同波長的光子，分別由n＝4躍遷到n＝3、n＝3躍遷到n＝2、n＝2躍遷到n＝1所釋放的光子，故C錯誤、D

18、正確。 7．按照玻爾原子理論，氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠的軌道，要________(填“釋放”或“吸收”)能量。已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，電子的質(zhì)量為m，則基態(tài)氫原子的電離能為________，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子后被電離，電離后電子的速度大小為________(已知普朗克常量為h)。 答案　吸收?。璄1　 解析　氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠的軌道，原子能量增大，則需要吸收能量。氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，則發(fā)生電離，基態(tài)氫原子的電離能為－E1，根據(jù)能量守恒得：hν＋E1＝mv2，解得電離后電子的速

19、度大小為：v＝ 。 8．(2017·江西宜川五校聯(lián)考)如圖為氫原子的能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出多個能量不同的光子，其中頻率最大的光子能量為________eV，若用此光照射到逸出功為2.75 eV的光電管上，則加在該光電管上的遏止電壓為 ________V。 答案　12.75　10 解析　根據(jù)C＝6知，大量處于n＝4的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種能量不同的光子。能級間躍遷放出或吸收光子的能量滿足hν＝Em－En。所以頻率最大的光子能量為E＝E4－E1＝－0.85 eV＋13.6 eV＝12.75 eV。根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，有Ek＝hν－W0。根據(jù)動能

20、定理eU＝Ek，解得：U＝10 V。 9．(2016·北京高考)處于n＝3能級的大量氫原子向低能級躍遷時，輻射光的頻率有(　　) A．1種 B．2種 C．3種 D．4種 答案　C 解析　因為是大量氫原子，所以根據(jù)C可得有3種可能，故C正確。 10. (2017·陜西咸陽二模)已知類氫結(jié)構(gòu)氦離子(He＋)的能級圖如圖所示，根據(jù)能級躍遷理論可知(　　) A．氦離子(He＋)處于n＝1能級時，能吸收45 eV的能量躍遷到n＝2能級 B．大量處在n＝3能級的氦離子(He＋)向低能級躍遷時，只能發(fā)出2種不同頻率的光子 C．氦離子(He＋)從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3

21、能級躍遷到n＝2能級輻射出光子的波長大 D．若氦離子(He＋)從n＝2能級躍遷到基態(tài)，輻射出的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝4能級躍遷到n＝2能級釋放的光子一定也能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng) 答案　C 解析　吸收的光子能量等于兩能級間的能量差，才能發(fā)生躍遷，從n＝1能級躍遷到n＝2能級，吸收的光子能量為40.8 eV，故A錯誤；大量處在n＝3能級的氦離子(He＋)向低能級躍遷，能發(fā)出3種不同頻率的光子，故B錯誤；由圖可知，從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射的光子能量小于從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射的光子能量，所以從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出光子的

22、頻率低，波長大，故C正確；從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能量為－13.6 eV－(－54.4 eV)＝40.8 eV，若能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，從n＝4能級躍遷到n＝2能級釋放的光子能量為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV<40.8 eV，則不一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。 11. (2017·天津五校聯(lián)考)氫原子能級的示意圖如圖所示，大量氫原子從n＝4能級向n＝2能級躍遷時輻射出可見光a，從n＝3能級向n＝2能級躍遷時輻射出可見光b，則(　　) A．氫原子從高能級向低能級躍遷時可能會輻射出γ射線 B．氫原子從n＝4能級向n＝3能級躍遷時會輻射出紫外線

23、 C．從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，電子的電勢能減小，氫原子的能量也減小 D．氫原子在n＝2能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離 答案　C 解析　γ射線的產(chǎn)生機理是原子核受激發(fā)才產(chǎn)生的，故A錯誤；根據(jù)躍遷規(guī)律可知氫原子從高能級向低能級躍遷時輻射光子的能量等于這兩個能級的能量差，從n＝4能級向n＝3能級躍遷時輻射出的光子能量小于a光子的能量，不可能為紫外線，故B錯誤；根據(jù)庫侖引力提供向心力，結(jié)合牛頓第二定律，可知＝m，從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，電子的動能增大，電子的電勢能減小，由于放出光子，氫原子的能量減小，故C正確；欲使在n＝2能級的氫原子發(fā)生電離，吸收的光子能量一定不能小于3.4

24、 eV，故D錯誤。 12．(2017·天津五區(qū)縣質(zhì)檢)實驗室考查氫原子躍遷時的微觀效應(yīng)。已知氫原子能級圖如圖所示，氫原子質(zhì)量為mH＝1.67×10－27 kg。設(shè)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n＝5的能級狀態(tài)。 (1)求氫原子由高能級向低能級躍遷時，可能發(fā)射出多少種不同頻率的光； (2)若躍遷后光子沿某一方向飛出，且光子的動量可以用p＝表示(h為普朗克常量，ν為光子頻率，c為真空中光速)，求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)10　(2)4.17 m/s 解析　(1)可能發(fā)射出不同頻率的光譜的種數(shù)為： N＝C＝10。 (2)由動量守恒定律可得：－mHvH＝0 解得氫原子的最大反沖速率為： vH＝＝ m/s≈4.17 m/s。 12