新教材高考物理一轮复习第15章近代物理第2节原子结构玻尔理论课件

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一、原子结构1.电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了　　　　,提出了原子的“枣糕模型”。 
2.原子的核式结构(1)英籍物理学家　　　　进行了α粒子散射实验,提出了核式结构模型。 　　　　　 注意关键词语“绝大多数”“少数”等(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,但有少数α粒子发生了　　　　　　　　,极少数偏转的角度甚至　　　　　,也就是说,它们几乎被“撞了回来”,如图所示。 
(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积　　　　,但几乎占有全部　　　　,电子在正电体的外面运动。 
二、氢原子光谱、玻尔理论1.光谱:用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的　　　　(频率)和强度分布的记录,即光谱。 2.光谱分类
电子从量子数n=3,4,5,…的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线
3.氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式 =　　　 　(n=3,4,5,…),R∞是里德伯常量,R∞=1.10×107 m-1,n为量子数。  某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的4.光谱分析:利用每种原子都有自己的特征谱线,可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高,在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
三、氢原子的能级结构、能级公式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:原子从一个能量态变为另一个能量态时,它　　　　或　　　一定频率的光子,光子的能量由这两个能级的能量差决定,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,因此电子的可能轨道也是　　　　　的。 
4.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图所示)
(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。②氢原子的轨道半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.53×10-10 m。易错辨析 (1)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。(　　)(2)在玻尔模型中,原子的状态是不连续的。(　　)
应用提升1.(2023辽宁大连模拟)根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。右图是α粒子散射实验的示意图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是(　　)
A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1,说明原子中绝大部分是空的B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大
答案 D解析 在α粒子散射实验中,绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,运动轨迹如轨迹1,说明原子中绝大部分是空的,A项正确;极少数α粒子发生超过90°大角度偏转,B项正确;根据点电荷周围电场可知,距离原子核近的地方电场强度大,故越靠近原子核加速度越大,因此α粒子加速度先增大后减小,C项正确;α粒子受到斥力作用,根据静电力做功特点可知,从a运动到b过程中静电力做负功,电势能增加,从b运动到c过程中,静电力做正功,电势能减小,D项错误。
2.(多选)一群处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时,向外辐射出不同频率的光子,则(　　)A.需要从外界吸收能量B.共能放出6种不同频率的光子C.n=4向n=3跃迁发出的光子频率最大D.n=4向n=1跃迁发出的光子频率最大
解析 氢原子从激发态向基态跃迁时,向外界辐射能量,A错误。共能放出 =6种不同频率的光子,B正确。n=4向n=3跃迁发出的光子能量最小,频率最小,n=4向n=1跃迁发出的光子能量最大,频率最大,C错误,D正确。
1.原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。2.氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波
3.光谱分析:利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高。
【对点演练】1.(2023山东模拟)1909年,物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔,研究α粒子被散射的情况,实验用高速的α射线轰击厚度为微米的金箔,发现绝大多数的α粒子都直穿过薄金箔,偏转很小,但有少数α粒子发生角度较大的偏转,大约有 的α粒子偏转角大于90°,甚至观察到偏转角接近180°,其散射情境如图所示。关于α粒子散射实验,下列说法正确的是(　　)A.实验的目的是想证明原子具有核式结构模型B.实验中α粒子穿过金原子核发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用C.极少数α粒子发生大角度偏转,是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等造成的D.由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级
解析 实验的目的是想验证汤姆孙的“西瓜”模型,但是实验现象否定了这种模型,并提出原子核式结构模型,故A错误。实验中α粒子穿过金原子核发生偏转的原因是受到原子核(带正电)库仑力的作用,由库仑力的定义式可知,离原子核越近,受到的库仑斥力越大,故B错误。极少数α粒子发生大角度偏转现象,主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果,是因为金原子核体积很小但质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量,α粒子接近原子核的机会很小,故C错误。根据α粒子散射实验可以估算金原子核的直径数量级,故D正确。
2.(2023云南西双版纳期末)下图为卢瑟福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。下列说法正确的是(　　)A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B.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C.在图中的B位置进行观察,屏上观察不到任何闪光D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹
解析 卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,选项A正确;因大多数粒子不改变运动方向,则在图中的A、B两位置分别进行观察,相同时间内在A位置观察到屏上的闪光次数多,选项B错误;因只有少数的粒子产生大角反射,则在图中的B位置进行观察,屏上同样可观察到闪光,选项C错误;α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用从而改变运动方向,选项D错误;故选A。
3.(2023湖南调研)氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为 R∞=1.10×107 m-1。电磁波谱如图所示,其中可见光的波长范围是400~760 nm,帕邢系中,氢原子可以发出(　　)A.可见光B.红外线C.紫外线D.X射线
解析 由公式 可知,n=4时对应的波长最长,解得最长的波长λ1=1.87×10-6 m,当n趋近无穷大时, 解得最短的波长λ2=8.18×10-7 m,故帕邢系谱线在红外线区域,选项B正确。
1.定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(m) 高能级(n)→吸收能量。hν=En-Em(2)从高能级(n) 低能级(m)→放出能量。hν=En-Em2.电离电离态与电离能电离态:n=∞,E=0。基态→电离态:E吸>0-(-13.6 eV)=13.6 eV。激发态→电离态:E吸>0-En=En。如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。
3.氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律
(3)原子的电势能的变化规律①通过库仑力做功判断。当轨道半径增大时,库仑引力做负功,原子的电势能增大;反之,当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的电势能减小。②利用原子能量公式En=Ekn+Epn判断。当轨道半径增大时,原子能量增大,电子动能减小,故原子的电势能增大;反之,当轨道半径减小时,原子能量减小,电子动能增大,故原子的电势能减小。
【典例突破】典例.氢原子能级示意图如图所示。现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是(　　)A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66 eV的能量D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量
思维点拨 1.大量氢原子辐射光子频率的种类为 种。2.氢原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量等于高能级的能量减去低能级的能量。在第n能级上的氢原子电离需要吸收的能量等于所在能级的能量的绝对值。
答案 C解析 大量氢原子处于n=3能级,跃迁过程最多可辐射出 =3种不同频率的光子,故A错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为hν1=13.6 eV-1.51 eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为hν2=3.4 eV-1.51 eV,比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,故B错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的能量为E=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV,故C正确;根据能级图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51 eV,故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量,故D错误。
素养点拨 确定氢原子辐射光谱线的数量的方法
①一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)条。例如一个氢原子由第4能级向低能级跃迁,发出的光谱线条数最多的是逐级跃迁,为3条。②一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数,由数学组合知识得例如一群氢原子由第4能级向低能级跃迁,发出的光谱线条数最多为
【对点演练】4.(2023湖北卷)2022年10月,我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图,可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)A.n=2和n=1能级之间的跃迁B.n=3和n=1能级之间的跃迁C.n=3和n=2能级之间的跃迁D.n=4和n=2能级之间的跃迁
解析 由能级图可知n=2和n=1的能级之间的能量差为ΔE=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,与探测到的谱线对应的光子能量相等,故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。选项A正确。
5.(2023广东汕头一模)下图为氦离子(He+)的能级图,若根据玻尔原子理论,关于氦离子能级跃迁,下列说法正确的是(　　)A.大量处于n=3能级的氦原子,最多可辐射2种不同频率的光子B.从n=4向n=3能级跃迁,要向外辐射2.64 eV能量C.处于n=1能级的氦原子,可以吸收54.0 eV的能量而发生电离D.从n=3跃迁到n=2能级比从n=2跃迁到n=1能级辐射出的光子波长短