1、第3课时原子结构一、原子结构1.电子的发现(1)英国物理学家汤姆孙使用气体放电管对阴极射线进行了一系列实验研究。让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流并求出其比荷。换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。(2)电子组成阴极射线的粒子称为电子。密立根“油滴实验”结论2.汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。3.粒子散射实验(1)实验装置：粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。(2)实验现象：绝大多数的粒子穿过金箔后，基本上仍沿
2、原来的方向前进；少数粒子发生了大角度偏转；极少数粒子的偏转角度大于90，甚至有极个别粒子几乎被“撞了回来”。(3)实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。4.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，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。5.原子核的电荷与尺度二、氢原子光谱1.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R(n3，4，5，)，R是里德伯常量，R1.10107 m1，n为量子数。2.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳
3、定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hEmEn。(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(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不连续的。3.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氢原子的能级公式：EnE1 (n1，2，3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV。氢原子的半径公式：rnn2r1 (n1，2，3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，
4、其数值为r10.531010 m。【思考判断】1.原子中绝大部分是空的，原子核很小( )2.核式结构学说是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的( )3.氢原子光谱是由一条一条亮线组成的( )4.玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱( )5.按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上( )6.人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的( )考点一原子的核式结构模型(/b)典例剖析【例1】 (多选)如图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法正确的是()
5、A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍微少些C.放在C，D位置时屏上观察不到闪光D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少解析卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验时，得到以下结论：大部分粒子都能直接穿过金箔，个别的发生偏转，极少数发生大角度的偏转，故A、D正确，B、C错误。答案AD【例2】 关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X射线解析阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些
6、假设，是错误的。答案C针对训练1.(多选)卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，知道了()A.原子具有核式结构B.原子核内有中子存在C.原子核是由质子和中子组成的D.在原子中，原子核占有的空间很小解析粒子散射实验结果说明原子是由原子核和核外电子组成的，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，而且原子核占有空间很小，但无法说明原子核的内部结构，因此选项A、D正确，B、C错误。答案AD2.在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析金箔中的原子核与粒子都带正电，粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误
7、；由原子核对粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错误，C正确。答案C考点二氢原子光谱(/b)玻尔的原子模型(/c)要点突破1.解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意：(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn求得。若求波长可由公式c求得。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。(3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法用数学中的组合知识求解：NC。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。2.几种跃迁情况说明(1)原子跃迁条件hEmEn只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间
8、跃迁的情况。(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，使氢原子电离。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，电子具有一定的初动能。(3)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全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差典例剖析【例1】 如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A.原子A可能辐射出3种频率的光子B.原子B可能辐射出3种频率的光子C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D.原子
9、B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错误；原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B正确；由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错误；A原子发出的光子能量EE2E1大于E4E3，故原子B不可能跃迁到能级E4，D错误。答案B【例2】 对于基态氢原子，下列说法正确的是()A.它能吸收10.2 eV的光子B.它能吸收11 eV的光子C.它能吸收动能为10 eV的电子的能量D.它能吸收具有11 eV动能的电子的全部动能解析注意到光子能量只能全部被吸收，而电
10、子能量则可以部分被吸收。10.2 eV刚好是n1、n2的能级差，而11 eV不是，由玻尔理论知A正确；基态氢原子只可吸收动能为11 eV的电子的部分能量(10.2 eV)，剩余0.8 eV仍为原来电子所有。答案A针对训练1.(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施中可行的是()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11 eV的电子碰撞解析13.6 eV10.2 eV3.4 eV，而E23.4 eV，故A正确；13.6 eV11 eV2.6 eV，不符合hEmEn(mn)的条件，故B错误；14 eV13.6 eV，已经足以使氢原子电离，故C
11、正确；用11 eV的电子碰撞，E2E110.2 eV11 eV，故D正确。答案ACD2.大量氢原子从n5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱条数是()A.4条 B.6条 C.8条 D.10条解析由N计算得N10，选项D正确。答案D3.如图所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()A.从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长B.从n5能级跃迁到n1能级比从n5能级跃迁到n4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由hEmEn和结合能级图知A正确，B错误；处于不同能级时，核外电
12、子在各处出现的概率不一样，C错误；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外放出能量，D项错误。答案A1.(多选)关于原子结构，下列说法正确的是()A.玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律B.卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性C.卢瑟福的粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子D.卢瑟福的粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”解析玻尔提出的原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律；卢瑟福核式结构模型不能解释原子的稳定性；卢瑟福的粒子散射实验表明原子具有核式结构，否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”，故A、D正确，B、C错误。答案AD2.(多选)关于玻尔的原子模型理论，
13、下列说法正确的是()A.原子可以处于连续的能量状态中B.原子的能量状态不可能是连续的C.原子的核外电子在轨道上运动时，要向外辐射能量D.原子的核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量解析由玻尔的原子模型知原子的能量是不连续的，是量子化的，电子在定态轨道上绕核运动时，不向外辐射能量，处于定态，只有从高能级轨道向低能级轨道跃迁时，才向外辐射能量。答案BD3.(多选)(2015浙江10月选考)氢原子从n6能级跃迁到n2能级时辐射出频率为1的光子，从n5能级跃迁到n2能级时辐射出频率为2的光子。下列说法中，正确的是()A.频率为1的光子的能量较大B.频率为1的光子的动量较大C.做双缝干涉实验时，频率为1
14、的光产生的条纹间距较大D.做光电效应实验时，频率为1的光产生的光电子的最大初动能较大解析氢原子从不同能级跃迁到同一能级时，能级差越大，辐射的能量就越大，辐射的光子的频率越高，波长越短，根据p知，波长越短动量越大，选项A、B正确；做双缝干涉实验时，由x知，频率为1的光子的波长短，干涉条纹的间距小，选项C错误；由光电效应方程可知，频率高的光产生的光电子的最大初动能大，选项D正确。答案ABD4.(多选)氢原子能级图如图所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm。下列判断中，正确的是()A.氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光
15、照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C.一群处于n3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n2跃迁到n3的能级解析由E初E终hh可知，氢原子跃迁时始末能级差值越大，辐射的光子能量越高、波长越短，由能级图知E3E2E2E1，故选项A错误；由得121.6 nmrb，则此过程原子要辐射某一频率的光子D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁解析原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不相等，故A错误；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错误；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因
16、而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误。答案C能力提升6.(多选)(2016浙江10月选考)如图为氢原子能级图，氢原子中的电子从n5能级跃迁到n2能级可产生a光；从n4能级跃迁到n2能级可产生b光。a光和b光的波长分别为a和b，照射到逸出功为2.29 eV的金属钠表面均可产生光电效应，遏止电压分别为Ua和Ub。则()A.abB.UaUbC.a光的光子能量为2.86 eVD.b光产生的光电子最大初动能Ek0.26 eV解析根据能级跃迁知识haE5E20.54(3.4) eV2.86 eV，hbE4E20.85(3.4)eV2.55 eV，显然a光子的能量大于
17、b光子的能量，即a光频率大于b光频率，由知ab，所以A错误，C正确；根据光电效应方程可知，最大初动能EkhW0，所以a光照射金属钠后的最大初动能为Eka(2.862.29) eV0.57 eV，b光照射金属钠后的最大初动能为Ekb(2.552.29)eV0.26 eV，选项D正确；根据截止电压知识可知UaUb，选项B正确。答案BCD7.一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中()A.可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线B.可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线C.只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线D.只发出频率一定的光子，形成光谱
18、中的一条亮线解析当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线。答案B8.根据玻尔理论，某原子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为的光。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E等于()A.Eh B.EhC.Eh D.Eh解析释放的光子能量为hh，所以EEhEh。答案C9.(多选)如图为氢原子能级图，现有一群处于n3激发态的氢原子，则这些原子()A.能发出3种不同频率的光子B.发出的光子最小能量是0.66 eVC.由n3跃迁到n2时发出的光子波长最长D.由n3跃迁到n1时发出的光子频率最高解析一群处于n3激发态的氢原子，可能由n3向n2能级跃迁，可能由n3向n1能级跃迁，可能由n2向n1能级跃迁，可能发出3种不同频率的光子，故A正确；由n3向n2能级跃迁发出的光子能量最小，则光子频率也最小，波长最长，最小能量为1.51 eV(3.4 eV)1.89 eV，故B错误，C正确；n3和n1之间的能级差最大，则辐射的光子能量最大，频率最高，故D正确。答案ACD