1、第第2 2課時課時 原子結構原子結構 氫原子光譜氫原子光譜考點自清考點自清一、電子的發現一、電子的發現1.1.陰極射線的發現陰極射線的發現 1919世紀世紀, ,科學家研究稀薄氣體放電科學家研究稀薄氣體放電, ,發現陰極發發現陰極發 出一種射線出一種射線 . .2.2.電子的發現電子的發現 湯姆孫確定陰極射線是由帶負電的粒子組成湯姆孫確定陰極射線是由帶負電的粒子組成, ,并并 測定出它的比荷測定出它的比荷 , ,之后用油滴實驗測定了它之后用油滴實驗測定了它 的電荷量的電荷量, ,確定它是組成各種物質的基本成分確定它是組成各種物質的基本成分, , 稱之為稱之為 . .3.3.電子的發現說明原子也

2、是可再分的電子的發現說明原子也是可再分的. .陰極射線陰極射線電子電子me二、原子結構二、原子結構1.1.實驗基礎實驗基礎: :粒子散射實驗粒子散射實驗用用粒子轟擊金粒子轟擊金 箔箔, ,發現大多數發現大多數粒子直進粒子直進, ,少數發生偏轉少數發生偏轉, ,極少極少 數發生大角度偏轉數發生大角度偏轉, ,個別的發生反彈個別的發生反彈. .2.2.原子結構原子結構: :在原子中心有一個很小的核在原子中心有一個很小的核( (原子核原子核),), 原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原 子核里子核里, ,帶負電的電子在核外繞核旋轉帶負電的電子在核外繞核旋轉

3、. .3.3.原子核的大小原子核的大小: :直徑數量級在直徑數量級在1010-14 -14 m m1010-15 -15 m m以以 下下, ,原子大小數量級為原子大小數量級為1010-10 -10 m.m.4.4.核外電子的運動核外電子的運動: :由原子核對核外電子的由原子核對核外電子的 作為核外電子繞核旋轉的向心力作為核外電子繞核旋轉的向心力. .庫侖力庫侖力三、光譜和光譜分析三、光譜和光譜分析1.1.光譜光譜: :用光柵和棱鏡可以把光按波長展開用光柵和棱鏡可以把光按波長展開. .獲得獲得 光的波長光的波長( (頻率頻率) )成分和成分和 的記錄的記錄, ,即光譜即光譜. .2.2.線狀譜

4、線狀譜: :有些光譜是一條條的亮線有些光譜是一條條的亮線, ,這樣的光譜這樣的光譜 叫線狀譜叫線狀譜. .3.3.連續譜連續譜: :有些光譜是連在一起的光帶有些光譜是連在一起的光帶, ,叫連續譜叫連續譜. .4.4.光譜分析光譜分析: :每種原子都有自己的特征譜線每種原子都有自己的特征譜線, ,可以可以 利用它來鑒別物質或確定物質的組成成分利用它來鑒別物質或確定物質的組成成分, ,這種這種 方法叫光譜分析方法叫光譜分析. .強度分布強度分布四、氫原子光譜四、氫原子光譜 巴耳末系是氫光譜在可見光區的譜線巴耳末系是氫光譜在可見光區的譜線, ,其波長公其波長公 式式 ( (n n=3,4,5,)=3

5、,4,5,)可見可見n n取整數取整數, ,不不 能取連續值能取連續值, ,故波長也只能是分立的值故波長也只能是分立的值. .五、玻爾理論五、玻爾理論1.1.玻爾理論玻爾理論 (1)(1)軌道量子化軌道量子化: :電子繞核運動的軌道電子繞核運動的軌道 的的. . (2) (2)能量狀態量子化能量狀態量子化: :原子只能處于一系列不連原子只能處于一系列不連 續的能量狀態中續的能量狀態中. .能量最低的狀態叫能量最低的狀態叫 , , 其他狀態叫其他狀態叫 . . (3) (3)躍遷假說躍遷假說: :原子從一種定態躍遷到另一種定原子從一種定態躍遷到另一種定 態要輻射態要輻射( (或吸收或吸收) )一

6、定頻率的光子一定頻率的光子, ,即即h h= = (mn).(mn).)121(122nR不連續不連續基態基態激發態激發態E Em m- -E En n2.2.氫原子的能級和軌道半徑氫原子的能級和軌道半徑 (1)(1)氫原子的能級公式氫原子的能級公式: :E En n= = E E1 1( (n n=1,2,3,),=1,2,3,), 其中其中E E1 1為基態能量為基態能量E E1 1=-13.6 eV=-13.6 eV. . (2) (2)氫原子的半徑公式氫原子的半徑公式: :r rn n= =n n2 2r r1 1( (n n=1,2,3,),=1,2,3,),其其 中中r r1 1為

7、基態半徑為基態半徑, ,又稱玻爾半徑又稱玻爾半徑r r1 1=0.53=0.531010-10 -10 m.m.3.3.氫原子的能級圖氫原子的能級圖, ,如圖如圖1 1所示所示. .21n圖圖1 14.4.弗蘭克弗蘭克赫茲實驗赫茲實驗 (1)(1)如果原子的能級是分立的如果原子的能級是分立的, ,那么用碰撞的方那么用碰撞的方 式使原子吸收的能量式使原子吸收的能量, ,即其他粒子轉移給原子的即其他粒子轉移給原子的 能量能量, ,也應該是也應該是 的的. . (2)1914 (2)1914年年, ,弗蘭克和赫茲采用電子轟擊汞原子弗蘭克和赫茲采用電子轟擊汞原子, , 發現電子損失的能量發現電子損失的

8、能量, ,也就是汞原子吸收的能量也就是汞原子吸收的能量, , 是分立的是分立的, ,從而證明汞原子的能量是量子化的從而證明汞原子的能量是量子化的. .5.5.玻爾理論的成功、局限和電子云玻爾理論的成功、局限和電子云 玻爾的成功之處在于引入了玻爾的成功之處在于引入了 觀念觀念, ,局限之局限之 處在于保留了過多的經典理論處在于保留了過多的經典理論. . 電子云電子云: :電子云是描述電子在原子核外各區域出電子云是描述電子在原子核外各區域出 現的幾率的狀況現的幾率的狀況, ,為直觀起見為直觀起見, ,把電子的這種幾把電子的這種幾 率分布狀況用圖象表示時率分布狀況用圖象表示時, ,這種圖象所顯示的結

9、這種圖象所顯示的結 果有如電子在原子核周圍形成的云霧果有如電子在原子核周圍形成的云霧, ,故稱電子云故稱電子云. .量子化量子化量子量子熱點聚焦熱點聚焦熱點一熱點一 三個原子模型的對比三個原子模型的對比實驗基礎實驗基礎結構差異結構差異成功和局限成功和局限“棗糕棗糕”模型模型電子的電子的發現發現帶正電物質均帶正電物質均勻分布在原子勻分布在原子內內, ,電子鑲嵌其電子鑲嵌其中中解釋了一些實驗事解釋了一些實驗事實實, ,無法說明無法說明粒子粒子散射實驗散射實驗核式結核式結構模型構模型粒子散粒子散射實驗射實驗全部正電荷和全部正電荷和幾乎全部質量幾乎全部質量集中在核里集中在核里, ,電電子繞核旋轉子繞核

10、旋轉成功解釋了成功解釋了粒子粒子散射實驗散射實驗, ,無法解釋無法解釋原子的穩定性與原原子的穩定性與原子光譜的分立特征子光譜的分立特征玻爾的原玻爾的原子模型子模型氫原子光氫原子光譜的研究譜的研究在核式結構模在核式結構模型基礎上型基礎上, ,引入引入量子化觀點量子化觀點成功解釋了氫原子成功解釋了氫原子光譜光譜, ,無法解釋較復無法解釋較復雜的原子光譜雜的原子光譜 特別提示特別提示 認識原子結構的線索認識原子結構的線索: :氣體放電的研究氣體放電的研究 陰極陰極 射線射線 發現電子發現電子 湯姆孫的湯姆孫的“棗糕棗糕”模型模型 盧瑟福核式結構模型盧瑟福核式結構模型 玻爾模型玻爾模型. .氫原子光譜

11、的研究氫原子光譜的研究粒子散射實驗粒子散射實驗熱點二熱點二 對原子躍遷條件的理解對原子躍遷條件的理解1.1.原子從低能級向高能級躍遷原子從低能級向高能級躍遷: :吸收一定能量的光吸收一定能量的光 子子, ,當一個光子的能量滿足當一個光子的能量滿足h h= =E E末末- -E E初初時時, ,才能才能 被某一個原子吸收被某一個原子吸收, ,使原子從低能級使原子從低能級E E初初向高能級向高能級 E E末末躍遷躍遷, ,而當光子能量而當光子能量h h大于或小于大于或小于E E末末- -E E初初時時 都不能被原子吸收都不能被原子吸收. .2.2.原子從高能級向低能級躍遷原子從高能級向低能級躍遷,

12、 ,以光子的形式向外以光子的形式向外 輻射能量輻射能量, ,所輻射的光子能量恰等于發生躍遷時所輻射的光子能量恰等于發生躍遷時 的兩能級間的能量差的兩能級間的能量差. .3.3.原子吸收能量的原則是吸收的能量恰好等于某原子吸收能量的原則是吸收的能量恰好等于某 兩個能級之差兩個能級之差, ,或者是吸收能量大于或等于其電或者是吸收能量大于或等于其電 離能離能, ,使電子成為自由電子使電子成為自由電子; ;所以當原子吸收光所以當原子吸收光 子時子時, ,由于光子不可分由于光子不可分, ,故其必須選擇能量滿足故其必須選擇能量滿足 上述原則的光子上述原則的光子; ;當原子吸收實物粒子當原子吸收實物粒子(

13、(如電子如電子) ) 的能量時的能量時, ,原子可以根據原子可以根據“需要需要”吸收其中的一吸收其中的一 部分能量部分能量, ,也即吸收實物粒子的能量沒有條件也即吸收實物粒子的能量沒有條件 限制限制. .特別提示特別提示 (1)(1)原子躍遷條件原子躍遷條件h h= =E Em m- -E En n只適用于光子和原只適用于光子和原 子作用而使原子在各定態之間躍遷的情況子作用而使原子在各定態之間躍遷的情況. .對于對于 光子和原子作用而使原子電離時光子和原子作用而使原子電離時, ,只要入射光的只要入射光的 能量能量E E13.6 eV13.6 eV, ,原子就能吸收原子就能吸收. .對于實物粒子

14、對于實物粒子 與原子作用使原子激發時與原子作用使原子激發時, ,粒子能量大于或等于粒子能量大于或等于 能級差即可能級差即可. . (2) (2)原子躍遷發出的光譜線條數原子躍遷發出的光譜線條數N N=C=C2 2n n= ,= , 是一群氫原子是一群氫原子, ,而不是一個而不是一個, ,因為某一個氫原子因為某一個氫原子 有固定的躍遷路徑有固定的躍遷路徑. .2) 1( nn熱點三熱點三 氫原子中電子運動的有關計算氫原子中電子運動的有關計算 氫原子在各個不同的能量狀態對應不同的電子氫原子在各個不同的能量狀態對應不同的電子 軌道軌道, ,電子繞核做圓周運動的動能和系統的電勢電子繞核做圓周運動的動能

15、和系統的電勢 能之和即為原子的能量能之和即為原子的能量, ,即即E En n= =E Ek k+ +E Ep p. . (1) (1)電子運動的速度、周期、動能與半徑的關系電子運動的速度、周期、動能與半徑的關系 由庫侖力提供向心力由庫侖力提供向心力k k 電子速度電子速度v vn n= =nnnrmre222vnmrke2 電子運動周期電子運動周期T Tn n= = 電子的動能電子的動能E Ek kn n= = (2) (2)系統的電勢能變化可根據庫侖力做功來判斷系統的電勢能變化可根據庫侖力做功來判斷: : 靠近核靠近核, ,庫侖力對電子做正功庫侖力對電子做正功, ,系統電勢能減小系統電勢能減

16、小; ; 遠離核遠離核, ,庫侖力對電子做負功庫侖力對電子做負功, ,系統電勢能增加系統電勢能增加. .2322kemrrnnnvnnrkem22122v題型探究題型探究題型題型1 1 粒子散射實驗的理解粒子散射實驗的理解【例例1 1】(1)(1)關于原子結構理論與關于原子結構理論與粒子散射實驗粒子散射實驗 的關系的關系, ,下列說法正確的是下列說法正確的是 ( )( ) A. A.盧瑟福做盧瑟福做粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫 的棗糕模型是錯誤的的棗糕模型是錯誤的 B.B.盧瑟福認識到湯姆孫盧瑟福認識到湯姆孫“棗糕模型棗糕模型”的錯誤后的錯誤后 提出了提出了“核式結

17、構核式結構”理論理論 C.C.盧瑟福的盧瑟福的粒子散射實驗是為了驗證核式結粒子散射實驗是為了驗證核式結 構理論的正確性構理論的正確性 D.D.盧瑟福依據盧瑟福依據粒子散射實驗的現象提出了原粒子散射實驗的現象提出了原 子的子的“核式結構核式結構”理論理論 (2) (2)在在粒子散射實驗中粒子散射實驗中, ,粒子的偏轉是由于粒子的偏轉是由于 受到原子內正電荷的庫侖力而發生的受到原子內正電荷的庫侖力而發生的. .實驗中即實驗中即 使使1 mm1 mm厚的金箔也大約有厚的金箔也大約有3 3003 300層原子層原子, ,但絕大但絕大 多數的多數的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進粒子穿過金箔后仍沿原來的

18、方向前進, , 只有少數發生了大角度偏轉只有少數發生了大角度偏轉, ,這說明了什么這說明了什么? ? 思路點撥思路點撥 求解此題應注意以下兩點求解此題應注意以下兩點: : (1) (1)應依據人們探測原子的結構的歷史進程進行應依據人們探測原子的結構的歷史進程進行 分析判斷分析判斷. . (2) (2)根據根據粒子偏轉的原因進行分析粒子偏轉的原因進行分析. . 解析解析 (1)(1)由于盧瑟福設計的由于盧瑟福設計的粒子散射實驗是粒子散射實驗是 為了探究原子內電荷的分布為了探究原子內電荷的分布, ,并非為了驗證湯姆并非為了驗證湯姆 孫模型是錯誤的孫模型是錯誤的,A,A錯誤錯誤; ;盧瑟福并不是認識

19、到盧瑟福并不是認識到 “ “棗糕模型棗糕模型”的錯誤而提出的錯誤而提出“核式結構核式結構”理論理論 的的,B,B錯誤錯誤; ;盧瑟福做了盧瑟福做了粒子散射實驗后粒子散射實驗后, ,由實由實 驗現象提出了驗現象提出了“核式結構核式結構”理論理論,C,C錯誤錯誤,D,D正確正確. . (2) (2)粒子穿過金箔后絕大多數仍沿原來的方向粒子穿過金箔后絕大多數仍沿原來的方向 前進前進, ,說明它們距正電荷部分較遠說明它們距正電荷部分較遠, ,庫侖力很小庫侖力很小; ; 盡管經過若干層原子盡管經過若干層原子, ,但靠近正電荷部分的機會但靠近正電荷部分的機會 很小很小, ,這說明原子內帶正電荷部分在整個原

20、子中這說明原子內帶正電荷部分在整個原子中 占的空間非常小占的空間非常小. . 答案答案 (1)D (2)(1)D (2)說明原子內帶正電荷部分在說明原子內帶正電荷部分在 整個原子中占的空間非常小整個原子中占的空間非常小. . 方法歸納方法歸納 微觀世界是看不見的微觀世界是看不見的, ,但我們可以根據它們產生但我們可以根據它們產生 的各種效應來進行分析、推理和判斷的各種效應來進行分析、推理和判斷, ,來達到認來達到認 識微觀世界的目的識微觀世界的目的; ;對于實驗推理類問題對于實驗推理類問題, ,要求要求 記住記住: :實驗的作者、時間和裝置實驗的作者、時間和裝置; ;實驗事實實驗事實 或現象或

21、現象; ;由實驗結果得出什么結論由實驗結果得出什么結論; ;實驗的實驗的 意義所在意義所在. .變式練習變式練習1 1 在盧瑟福的在盧瑟福的粒子散射實驗中粒子散射實驗中, ,有少數有少數 粒子發生大角度偏轉粒子發生大角度偏轉, ,其原因是其原因是 ( )( ) A. A.原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很 小的核上小的核上 B.B.正電荷在原子內是均勻分布的正電荷在原子內是均勻分布的 C.C.原子中存在著帶負電的電子原子中存在著帶負電的電子 D.D.原子只能處于一系列不連續的能量狀態中原子只能處于一系列不連續的能量狀態中 解析解析 原子中有電子原子中有

22、電子, ,但電子的質量很小但電子的質量很小, ,不到不到 粒子的七千分之一粒子的七千分之一, ,粒子碰到它粒子碰到它, ,就像飛行就像飛行 的子彈碰到一粒塵埃一樣的子彈碰到一粒塵埃一樣, ,運動方向不會發生明運動方向不會發生明 顯的改變顯的改變; ;若原子中的正電荷是均勻分布的若原子中的正電荷是均勻分布的, , 粒子穿過原子時粒子穿過原子時, ,它受到原子內部兩側正電荷的它受到原子內部兩側正電荷的 斥力大部分互相抵消斥力大部分互相抵消, ,使使粒子偏轉的力不會很粒子偏轉的力不會很 大大, ,不會產生大角度的偏轉現象不會產生大角度的偏轉現象, ,選項選項B B、C C錯誤錯誤. . 原子核集中了

23、原子全部正電荷和絕大部分質量原子核集中了原子全部正電荷和絕大部分質量, , 當當粒子十分接近原子核時粒子十分接近原子核時, ,就會受到很大的庫就會受到很大的庫 侖斥力侖斥力, ,發生大角度偏轉發生大角度偏轉, ,由于原子核很小由于原子核很小, ,粒粒 子穿過金箔時接近原子核的機會很小子穿過金箔時接近原子核的機會很小, ,所以所以, ,只只 有少數有少數粒子發生大角度偏轉粒子發生大角度偏轉, ,選項選項A A正確正確. .原子原子 只能處于一系列不連續的能量狀態中只能處于一系列不連續的能量狀態中, ,是原子光是原子光 譜不連續的原因譜不連續的原因, ,不是不是粒子大角度散射的原因粒子大角度散射的

24、原因, , 選項選項D D錯誤錯誤. .綜上可知綜上可知, ,選項選項A A正確正確. . 答案答案 A題型題型2 2 氫原子能級躍遷問題氫原子能級躍遷問題【例例2 2】如圖如圖2 2所示為氫原子最低的四個能級所示為氫原子最低的四個能級, ,當氫當氫 原子在這些能級間躍遷時原子在這些能級間躍遷時: : (1) (1)有可能放出有可能放出 種能量的光子種能量的光子. . (2) (2)在哪兩個能級間躍遷時在哪兩個能級間躍遷時, ,所放出光子波長最所放出光子波長最 長長? ?波長是多少波長是多少? ?圖圖2思維導圖思維導圖 解析解析 (1)(1)由由N N= =6= =6種種. . (2) (2)

25、氫原子由第四能級向第三能級躍遷時氫原子由第四能級向第三能級躍遷時, ,能級能級 差最小差最小, ,輻射的光子波長最長輻射的光子波長最長. . 由由h h= =E E4 4- -E E3 3, ,得得h h = =E E4 4- -E E3 3 所以所以= = = =1.88 =1.881010-6 -6 m m 答案答案 (1)6 (2)1.88(1)6 (2)1.881010-6 -6 m m2) 14(42) 1(nnc34EEhcm106 . 1)51. 1(85. 01031063. 619834方法歸納方法歸納 1.1.量子數為量子數為n n的氫原子輻射光子的可能頻率的判的氫原子輻射

26、光子的可能頻率的判 定方法定方法: : 如果是一個氫原子如果是一個氫原子, ,向低能級躍遷時最多發出的向低能級躍遷時最多發出的 光子數為光子數為( (n n-1).-1). 如果是一群氫原子如果是一群氫原子, ,向低能級躍遷時最多發出的向低能級躍遷時最多發出的 光子為光子為C C 種種. . 2. 2.理解氫原子能級圖理解氫原子能級圖, ,量子數越大的能級間能級量子數越大的能級間能級 差越小差越小, ,發出光子波長越長發出光子波長越長. .2n變式練習變式練習2 2 如圖如圖3 3所示所示, ,氫原子從氫原子從n n2 2的某一能級的某一能級 躍遷到躍遷到n n=2=2的能級的能級, ,輻射出

27、能量為輻射出能量為2.55 eV2.55 eV的光子的光子. . 問最少要給基態的氫原子提供多少電子伏特的問最少要給基態的氫原子提供多少電子伏特的 能量能量, ,才能使它輻射上述能量的光子？請在圖中才能使它輻射上述能量的光子？請在圖中 畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖. .圖圖3 解析解析 氫原子從氫原子從n n2 2的某一能級躍遷到的某一能級躍遷到n n=2=2的能的能 級級, ,輻射光子的頻率滿足輻射光子的頻率滿足: : h h= =E En n- -E E2 2=2.55 eV=2.55 eV E En n= =h h+ +E E2 2=-

28、0.85 eV=-0.85 eV, ,所以所以n n=4=4 基態氫原子要躍遷到基態氫原子要躍遷到n n=4=4的能級的能級, ,應提供應提供: : E E= =E E4 4- -E E1 1=12.75 eV=12.75 eV 躍遷圖見下圖躍遷圖見下圖 答案答案 12.75 eV12.75 eV 見解析圖見解析圖【例例3 3】19511951年年, ,物理學家發現了物理學家發現了“電子偶數電子偶數”, ,所所 謂謂“電子偶數電子偶數”, ,就是由一個負電子和一個正電就是由一個負電子和一個正電 子繞它們的質量中心旋轉形成的相對穩定的系子繞它們的質量中心旋轉形成的相對穩定的系 統統. .已知正、

29、負電子的質量均為已知正、負電子的質量均為m me e, ,普朗克常量普朗克常量 為為h h, ,靜電力常量為靜電力常量為k k. . (1) (1)假設假設“電子偶數電子偶數”中正、負電子繞它們質量中正、負電子繞它們質量 中心做勻速圓周運動的軌道半徑中心做勻速圓周運動的軌道半徑r r、運動速度、運動速度v v 及電子的質量滿足玻爾的軌道量子化理及電子的質量滿足玻爾的軌道量子化理: : 2 2m me ev vr r= =n n , ,n n=1,2,“=1,2,“電子偶數電子偶數”的能量為的能量為 正負電子運動的動能和系統的電勢能之和正負電子運動的動能和系統的電勢能之和. .已知已知2h 兩正

30、負電子相距為兩正負電子相距為L L時系統的電勢能為時系統的電勢能為E E=-=-k k . . 試求試求n n=1=1時時“電子偶數電子偶數”的能量的能量. . (2)“ (2)“電子偶數電子偶數”由第一激發態躍遷到基態發出由第一激發態躍遷到基態發出 光子的波長為多大光子的波長為多大? ? 解析解析 (1)(1)由于正、負電子質量相等由于正、負電子質量相等, ,故兩電子故兩電子 的軌道半徑相等的軌道半徑相等, ,設為設為r r, ,則正負電子間距為則正負電子間距為2 2r r, , 速度均為速度均為v v, ,則有則有 依題意依題意, ,有有2 2m me ev vr=nr=n 而電子偶數能量

31、而電子偶數能量: :E En n=2=2 m me ev v2 2- -Le22h21rke22rmerke2224v 由由式聯立得式聯立得E En n=- ,=- ,n n=1,2 =1,2 取取n n=1=1可得電子偶數基態能量為可得電子偶數基態能量為E E1 1=-=- (2) (2)由由式可得電子偶數處于第一激發態時的能式可得電子偶數處于第一激發態時的能 量為量為E E2 2= = 設電子偶數從第一激發態躍遷到基態時發出光設電子偶數從第一激發態躍遷到基態時發出光 子的波長為子的波長為,則則E E2 2- -E E1 1= =hchc/ 由以上各式解得由以上各式解得= 答案答案 (1)

32、(2)(1) (2)2422hekme24224hrkme22422nhrkme422334ekmche24224hrkme422334ekmche 【評分標準評分標準】 本題共本題共1818分分. .其中其中式各式各2 2分分, ,式式 各各3 3分分. . 【名師導析名師導析】 解決新情境下的信息給予題的關鍵是從已給信解決新情境下的信息給予題的關鍵是從已給信 息中抽象出對應的物理模型息中抽象出對應的物理模型. .本題三條突出已給本題三條突出已給 信息信息: :“電子偶數電子偶數”繞其中心旋轉繞其中心旋轉, ,抽象出抽象出 = = m me e . .能量的計算方法能量的計算方法. .符合玻

33、爾的軌道量符合玻爾的軌道量 子化理論子化理論, ,抽象出抽象出E En n= .= .將以上三點融入原子將以上三點融入原子 模型及躍遷的相關知識模型及躍遷的相關知識, ,難點迎刃而解難點迎刃而解. .224rker2v21nE自我批閱自我批閱 (20(20分分) )氫原子在基態時軌道半徑氫原子在基態時軌道半徑r r1 1=0.53=0.53 10 10-10 -10 m,m,能量能量E E1 1=-13.6 eV=-13.6 eV. .求氫原子處于基態時求氫原子處于基態時: : (1) (1)電子的動能電子的動能. . (2) (2)原子的電勢能原子的電勢能. . (3) (3)用波長是多少的

34、光照射可使其電離？用波長是多少的光照射可使其電離？ (4)(4)電子在核外旋轉的等效電流電子在核外旋轉的等效電流.(.(已知電子質量已知電子質量 m m=9.1=9.11010-31 -31 kg)kg) 解析解析 (1)(1)設處于基態的氫原子核外電子速度為設處于基態的氫原子核外電子速度為 v v1 1, ,則則: : k k(3(3分分) ) 所以電子動能所以電子動能E Ek1k1= = = = (2(2分分) ) (2) (2)因為因為E E1 1= =E Ek1k1+ +E Ep1p1(3(3分分) ) 所以所以E Ep1p1= =E E1 1- -E Ek1k1=-13.6 eV-1

35、3.6 eV=-27.2 eV=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV (2 (2分分) ) (3) (3)設用波長設用波長的光照射可使氫原子電離的光照射可使氫原子電離: : =0- =0-E E1 1 (3(3分分) )121212rmrev122rkeeV106 . 11053. 02)106 . 1 (10919102199hc 所以所以=-=- =0.914 1 =0.914 11010-7 -7 m m(2(2分分) ) (4) (4)等效的環形電流等效的環形電流I I= = 由由 = =mrmr1 1( )( )2 2, ,可得可得T T=2=2(3(3分分) ) 所以

36、所以I I= = 代入數據解得代入數據解得I I=1.05=1.051010-3 -3 A A(2(2分分) ) 答案答案 (1)13.6 eV (2)-27.2 eV(1)13.6 eV (2)-27.2 eV (3)0.914 1 (3)0.914 11010-7 -7 m m (4)1.05 (4)1.051010-3 -3 A Am19106 . 16 .131031063. 68341EhcTe212rkeT2231kemr3122mrkeTe素能提升素能提升1.1.利用光譜分析鑒別物質的組成成分時利用光譜分析鑒別物質的組成成分時, ,靈敏度是靈敏度是 很高的很高的. . (1) (

37、1)如何進行操作如何進行操作? ? (2) (2)如圖如圖4 4甲所示的甲所示的abcdabcd為四種為四種 元素的特征譜線，圖乙是某礦元素的特征譜線，圖乙是某礦 物的線狀譜，通過光譜分析可物的線狀譜，通過光譜分析可 以確定該礦物中缺少的元素為以確定該礦物中缺少的元素為 . . A. A.a a元素元素B.B.b b元素元素 C.C.c c元素元素D.D.d d元素元素圖圖4 解析解析 (1)(1)光譜分析中首先獲取樣本的線狀譜光譜分析中首先獲取樣本的線狀譜, , 然后利用各種原子的特征譜線加以對照然后利用各種原子的特征譜線加以對照, ,從而確從而確 定組成成分定組成成分. . (2) (2)

38、由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行 對照對照, ,b b元素的譜線在該線狀譜中不存在元素的譜線在該線狀譜中不存在, ,故故B B正正 確確. .與幾個元素的特征譜線不對應的線說明該礦與幾個元素的特征譜線不對應的線說明該礦 物中還有其他元素物中還有其他元素. . 答案答案 (1)(1)見解析見解析 (2)B(2)B2.2.原子結構的認識過程是非常曲折的原子結構的認識過程是非常曲折的, ,請回答下列請回答下列 問題問題. . (1) (1)核式結構和玻爾模型提出的背景分別是核式結構和玻爾模型提出的背景分別是 (2) (2)在原子物理中在原子物理中, ,粒子

39、間經常發生碰撞粒子間經常發生碰撞, ,一速度一速度 為為v v0 0的粒子的粒子, ,與靜止的氫核發生完全非彈性碰撞與靜止的氫核發生完全非彈性碰撞 后后, ,它們的共同速度為它們的共同速度為v vH H, ,如果這個粒子仍以速度如果這個粒子仍以速度 v v0 0與靜止的碳核發生彈性碰撞與靜止的碳核發生彈性碰撞, ,碰后碳核的速度碰后碳核的速度 為為v vC C, ,現在測得現在測得 , ,已知碳核質量為已知碳核質量為m mC C與氫與氫 核質量核質量m mH H之比為之比為12,12,求粒子質量與氫核質量之比求粒子質量與氫核質量之比. .134HCvv 解析解析 (2)(2)粒子與氫核發生完全

40、非彈性碰撞后粒子與氫核發生完全非彈性碰撞后, , 由動量守恒有由動量守恒有 mxmxv v0 0=(=(m mx x+ +m mH H) )v vH H v vH H= = 粒子與碳核發生完全彈性碰撞后粒子與碳核發生完全彈性碰撞后, ,由動量和能量由動量和能量 守恒有守恒有 m mx xv v0 0= =m mx xv v+ +m mC Cv vC C, , 由以上兩式得由以上兩式得v vC C= =H0mmmxxv22222CC20vvvmmmxxC02mmmxxv 由由兩式和題設條件有兩式和題設條件有 將將m mC C=12=12m mH H代入代入式后得式后得m mx xm mH H=1

41、1.=11. 答案答案 (1)(1)湯姆孫的湯姆孫的“棗糕模型棗糕模型”無法解釋無法解釋 粒子散射實驗粒子散射實驗. .盧瑟福的核式結構無法解釋原盧瑟福的核式結構無法解釋原 子的穩定性和原子光譜的分立特征子的穩定性和原子光譜的分立特征. . (2)11 (2)11134)(2CHHCmmmmxxvv3.3.已知鈉原子在已知鈉原子在A A、B B、C C、D D、E E幾個能級間躍遷幾個能級間躍遷 時輻射的波長分別為時輻射的波長分別為:589 nm(:589 nm(B BA A),330 nm),330 nm ( (C CA A),285 nm(),285 nm(D DA A),514 nm()

42、,514 nm(E EB B).).試作出試作出 鈉原子在這幾個能量范圍的能級圖鈉原子在這幾個能量范圍的能級圖. .作圖時注意作圖時注意, , 表示能級的橫線間的距離和相應能級差成正比表示能級的橫線間的距離和相應能級差成正比, , 并在線旁以電子伏為單位標出這個能級的值并在線旁以電子伏為單位標出這個能級的值( (設設 最高能級為零最高能級為零).). 解析解析 根據根據E E= = 可以由輻射的波長得到幾個可以由輻射的波長得到幾個 能級差能級差; ; E EB B- -E EA A=2.1 eV;=2.1 eV;E EC C- -E EA A=3.8 eV=3.8 eV; ; E ED D-

43、-E EA A=4.4 eV;=4.4 eV;E EE E- -E EB B=2.4 eV=2.4 eV. .hc 根據以上能級差所作能級圖如下圖所示根據以上能級差所作能級圖如下圖所示. . 答案答案 見解析圖見解析圖4.4.原子可以從原子間的碰撞中獲得能量原子可以從原子間的碰撞中獲得能量, ,從而發生從而發生 能級躍遷能級躍遷( (在碰撞中在碰撞中, ,動能損失最大的是完全非動能損失最大的是完全非 彈性碰撞彈性碰撞).).一個具有一個具有13.6 eV13.6 eV動能、處于基態的動能、處于基態的 氫原子與另一個靜止的、也處于基態的氫原子氫原子與另一個靜止的、也處于基態的氫原子 發生對心正碰

44、發生對心正碰. . (1) (1)是否可以使基態氫原子是否可以使基態氫原子 發生能級躍遷發生能級躍遷( (氫原子能級氫原子能級 如圖如圖5 5所示所示)?)? (2) (2)若上述碰撞中可以使基態氫原子發生電離若上述碰撞中可以使基態氫原子發生電離, , 則氫原子的初動能至少為多少則氫原子的初動能至少為多少? ?圖圖5 解析解析 (1)(1)設運動氫原子的速度為設運動氫原子的速度為v v0 0, ,完全非彈完全非彈 性碰撞后兩者的速度為性碰撞后兩者的速度為v v, ,損失的動能損失的動能E E被基態被基態 氫原子吸收氫原子吸收. . 若若E E=10.2 eV=10.2 eV, ,則基態氫原子可由則基態氫原子可由n=1n=1躍遷到躍遷到 n n=2.=2. 由動量守恒和能量守恒由動量守