1、第4节 原子结构 知识点一 原子结构1.汤姆孙原子模型(“枣糕”模型)(1)研究阴极射线用测定粒子比荷的方法发现了电子.电子的发现证明了原子是可分的.(2)汤姆孙原子模型：原子里面带的物质均匀分布在整个原子球体中，而则一粒粒镶嵌在球内.2.卢瑟福的 粒子散射实验(1)卢瑟福的 粒子散射实验装置(如下图所示)汤姆孙正电荷带负电的电子(2)粒子散射实验现象：多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，粒子甚至被反弹回来.3.卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个，叫原子核，原子的所有和几乎所有都集中在原子核里，带负电的在核外绕核旋转.由 粒子散射实验的数据估算
2、出原子核半径的数量级为m，而原子半径的数量级为m.绝大少数极少数很小的核正电荷质量电子10151010知识点二 玻尔理论、能级1.玻尔原子模型(1)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是的.(2)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是的.这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是的，不向外辐射能量.不连续不连续稳定(3)跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要或一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的，即 h.2.几个名词解释(1)能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的
3、_叫能级.(2)基态和激发态：原子能量的状态叫基态，其他能量(相对于基态)较高的状态叫激发态.(3)量子数：现代物理学认为原子的可能状态是_的，各状态可用正整数 1，2，3，表示，叫做量子数，一般用 n 表示.吸收放出能级差EmEn能量值最低不连续知识点三 氢原子的能级和核外电子的轨道半径(1)氢原子的能级公式：En 1n2E1(n1，2，3，)，其中 E1 为基态能量 E113.6 eV.(2)氢原子核外电子的轨道半径公式：rnn2r1(n1，2，3，)，其中 r1 为基态半径，又称玻尔半径，r10.531010 m.(3)氢原子能级图(如图)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态.横线
4、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.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.带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，放出光子的能量：hEmEn.特别提醒：能级越高，量子数越大，核外电子的轨道半径越大，电子的动能越小，电势能越大，原子的能量随能级的升高而增大.考点一 原子结构与粒子散射实验例 1 卢瑟福利用 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】粒子散射实验的结果是：绝大多数 粒子穿过金箔后不改变运动方向.少数粒子发生了较大角度的偏转，极少数 粒子的偏转角度超过 90有的甚至被弹回.
5、粒子越接近原子核，库仑斥力越大，偏转越大，正对原子核入射的 粒子会反向弹回，据此分析，D 对.【答案】D变式 1 卢瑟福的 粒子散射实验结果表明()A.原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电B.某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核C.原子核带的正电和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷D.电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破【解析】汤姆孙发现电子，打破了原子不可再分的观念，D 错误；卢瑟福根据 粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构学说，C 正确，A、B 不是由 粒子散射实验结果得出的结论.【答案】C考点二 氢原子能级跃迁问题例 2 如图为氢原
6、子的能级示意图，锌的逸出功是3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应B.一群处于 n3 能级的氢原子向基态跃迁时，能放出 3 种不同频率的光C.一群处于 n3 能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，板表面所发出的光电子的最大初动能为 8.75 eVD.用能量为 10.3 eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态E.用能量为 14.0 eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子电离【解析】氢原子从 n2 的能级跃迁到 n1 的能级时，放出的光子的能量为 10.2 eV，大于锌的
7、逸出功，从其它能级跃迁到 n1 的能级时，放出的光子的能量大于 10.2 eV，A 错，依 C233，B 对，E3E112.09 eVh，依 EkhW.Ek12.09 eV3.34 eV8.75 eV，C 对.处于基态的氢原子只能吸收能量为 10.2 eV 的光子跃迁到 n2 的激发态，不能吸收 10.3 eV能量的光子，D 错.使基态的氢原子电离，至少要供给13.6 eV 的能量，基态的氢原子吸收 14.0 eV 的光子后，电离后的电子还具有 0.4 eV 的动能，E 对.【答案】BCE【小结】1.对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足
8、hE 末E 初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级 E 初向高能级 E 末跃迁，而当光子能量 h 大于或小于 E 末E 初时都不能被原子吸收.(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰好等于发生跃迁时的两能级间的能量差.(3)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跃迁的情况.对于光子和处于基态的氢原子作用而使氢原子电离时，只要入射光子的能量 E13.6 eV，氢原子就能吸收.对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于能级差即可.2.量子数为 n 的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时辐射光
9、子的可能频率种数为(n1).如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子种数为 C2n.变式 2 氢原子处在基态时的能量为13.6 eV，当用具有 1.87 eV 能量的光子照射 n3 激发态的氢原子时()A.氢原子不会吸收这个光子B.氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为 0.36 eVC.氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零D.氢原子吸收该光子后不会被电离【解析】当 n3 时，氢原子的能量 E313.632eV1.51 eV，所以处于 n3 激发态的氢原子的电离能是 1.51 eV，当该原子吸收具有 1.87 eV 能量的光子后被电离，电离后电子的动能是(1.871.51
10、)eV0.36 eV.【答案】B变式 3 如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n4 的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光，下列说法正确的是()A.最容易发生衍射现象的光是由 n4 能级跃迁到 n1 能级产生的B.频率最小的光是由 n2 能级跃迁到 n1 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 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34 eV 的金属铂能发生光电效应【解析】最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光，hhcEmEn，对应跃迁中能级差最小的应为 n4 能级到 n3 能级，故 AB错误；由 C2n
11、可知 n4 能级上的氢原子共可辐射出 C246 种不同频率的光，故 C 错误；根据 hE2E1及发生光电效应的条件 hW0 可知 D 正确.【答案】D选择题：1 题为单选，2、3 题为多选.1.氢原子能级如图所示.大量处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光，其中 a 光是从n3 能级向 n1 能级跃迁时发出的，b 光的频率大于 a 光的频率，则 b 光是()A.从 n4 能级向 n3 能级跃迁时发出的B.从 n4 能级向 n2 能级跃迁时发出的C.从 n4 能级向 n1 能级跃迁时发出的D.从 n3 能级向 n2 能级跃迁时发出的C【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射的光子
12、能量等于能级差，a 光的能量等于 haE3E1，b 光的频率大于 a 光的频率，即 b 光的能量大于 E3E1，对照选项中的能级差，能够大于只有选项 C 的E4E1.即选项 C 对.2.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”AD3.卢瑟福在研究 粒子轰击金箔的实验中，根据实验现象提出原子的核式结构.以下说法正确的是()A.按照汤姆孙模型，粒子轰击金箔时不可能发生大角度的偏转，因而卢瑟福否定
13、了汤姆孙的“枣糕模型”，提出新的原子结构模型B.绝大多数 粒子穿过金箔运动方向不变，说明原子所带正电是均匀分布的C.粒子轰击金箔实验现象说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D.卢瑟福通过 粒子轰击金箔的实验的数据记录估算出原子核的大小ACD【解析】卢瑟福根据 粒子散射实验现象，否定了汤姆孙的“枣糕模型”，提出了原子核式结构模型，A 正确；实验中绝大多数粒子穿过金箔运动方向不变，说明原子内部大部分是空的，所带正电集中在很小的空间，并且估计出原子核大小的数量级，B 错误；C、D 正确；故选 ACD.二、填空题4.根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示.电子处在 n3 轨
14、道上比处在 n5 轨道上离氦核的距离(选填“近”或“远”).当大量 He处在 n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条.近6一、选择题：14 题为单选，58 题为多选.1.氢原子从 n4 的激发态直接跃迁到 n2 的能态时，发出蓝色光，则氢原子从 n5 的激发态直接跃迁到 n2 的能态时，可能发出的是()A.红外线B.红光C.紫光D.射线C【解析】根据跃迁理论从 n4 的激发态直接跃迁到 n2 的能态时，放出光子的能量为 hE4E2，从 n5 的激发态直接跃迁到 n2 的能态时，放出光子的能量为 hE5E2，光子能量变大，频率变大，故可能是紫光，射线是从原子核内发出的，所以 C正确；A、B、
15、D 错误.2.1995 年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成.反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷.反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示.下列说法中正确的是()A.反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B.基态反氢原子的电离能是 13.6 eVC.基态反氢原子能吸收 11 eV 的光子发生跃迁D.在反氢原子谱线中，两相邻能级发生跃迁时，从 n2 能级跃迁到基态辐射光子的波长最长B【解析】反氢原子和氢原子有相同的能级分布，所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故 A 错误；处于基态的氢原子的电离能是 13.6 eV，具有大于等于13.6 eV 能量的
16、光子可以使氢原子电离，故 B 正确；基态的氢原子吸收 11 eV 光子，能量为(13.611)eV2.6 eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收.故 C错误；在反氢原子谱线中，两相邻能级发生跃迁时，从 n2 能级跃迁到基态辐射光子能量最大，频率最大，波长最小，故 D 错误；故选 B.3.当氢原子的电子处于第 n 条可能轨道时，下面说法正确的是()A.电子的轨道半径 rnnr1B.根据 En 1n2E1，n 值越大，能量越小C.原子从 n 能级跃迁到 n1 能级时，辐射光子的波长为EnEn1hD.大量处于这一状态的氢原子，辐射光子的频率有n（n1）2种D【解析】电子的轨道半径 rnn2r1；因
17、为氢原子的能量是负值，所以能级公式中 n 值越大，能量越大；原子从 n 能级跃迁到 n1 能级时，辐射光子的波长为hcEnEn1；大量处于第 n 能级的原子辐射光子频率有 C2n种.选项 D 正确.4.如图所示是某原子的能级图，a、b、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()C5.氢原子部分能级示意图如图，不同色光的光子能量如表中所示.对处于某激发态的氢原子发射的光谱线，下列判断正确的是()色光光子能量范围/eV 红橙黄 1.612.002.002.072.072.14 绿蓝靛紫2.142.532.532.762.763.10A
18、CEA.n3 到 n2，发出的光谱线在红色光范围内B.从 n3 到 n2，发出的光谱线在蓝靛色范围内C.从 n4 到 n2，发出的光谱线在蓝靛色范围内D.从 n4 到 n3，发出的光谱线在蓝靛色范围内E.从 n4 到 n3，发出的光谱线不在色光范围内【解析】氢原子从高能级跃迁到低能级时辐射光子，从 n3 能级到 n2 能级发出的光子的能量为 3.40 eV1.51 eV1.89 eV，光谱线在红光范围内，选项 A正确，B 错误；从 n4 能级到 n2 能级发出的光子的能量为 3.40 eV0.85 eV2.55 eV，光谱线在蓝靛色范围内，选项 C 正确；从 n4 能级到 n3 能级发出的光子
19、的能量为 1.51 eV0.85 eV0.66 eV，为不可见光，选项 D 错误，E 正确.6.如图是氢原子的能级图，对于一群处于 n4 的氢原子，下列说法中正确的是()A.这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁B.这群氢原子能够发出 6 种不同频率的光C.这群氢原子发出的光子中，能量最大为 10.2 eVD.如果发出的光子中只有两种能使某金属产生光电效应，其中一种一定是由 n3 能级跃迁到 n1 能级发出的E.从 n4 能级跃迁到 n3 能级发出的光的波长最长BDE【解析】氢原子只能吸收能级之差的能量值的光子后向更高能级跃迁，A 错误；这群氢原子能发出 3216 种不同频率的光，B
20、 正确；这群氢原子发出的光子中，能量最大的为从 4 能级向 1 能级跃迁时，为 12.75 eV，C 错误；如果发出的光中子有两种能使某金属产生光电效应，一定是能量较大的两种，一种是 n4 能级跃迁到 n1 能级发出的光，另一种是由n3 能级跃迁到 n1 能级发出的光，D 正确；从 n4 能级跃迁到 n3 能级发出的光是能量最小的，所以波长最长，E 正确.7.按照玻尔原子理论，下列表述正确的是()A.核外电子运行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
21、BC【解析】玻尔原子理论继承了卢瑟福原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设.电子运行轨道半径是不连续的，故 A 错误；按照波尔理论，电子在轨道上运动的时候，并不向外辐射能量，但当从高轨道向低轨道跃迁时才会向外辐射能量，所以离原子核越远，氢原子的能量越大，故 B 正确；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 hEmEn，故 C 正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程，辐射能量，故 D 错误.8.氢原子能级如图，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 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 n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 n
22、mB.用波长为 325 nm 的光照射，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CD【解析】由玻尔的能级跃迁公式 EmEnhhc得：E3E2h c1，E2E1h c2，又 1656 nm，结合能级图上的能级值解得 2122 nm656 nm，故 A、B 均错，D 对；根据 C233 可知，一群处于 n3 能级氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多 3 种，故C 对.二、填空题9.已知氢原子的基态能量是 E113.6 eV，第二能级 E23.4 eV.
23、如果氢原子吸收eV 的能量，立即可由基态跃迁到第二能级.如果氢原子再获得1.89 eV 的能量，它还可由第二能级跃迁到第三能级，因此氢原子第三能级 E3eV.10.21.51【解析】从低能级跃迁到高能级需要吸收的光子能量：213.4 eV(13.6 eV)10.2 eV 由第二能级跃迁到第三能级：32，代入数据解得 31.51 eV.三、计算题10.氢原子处于基态时，原子能量 E113.6 eV，已知电子电荷量 e，电子质量 m，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为 r1，已知氢原子各定态能量与基态能量之间关系为 EnE1n2，式中 n2、3、4、5(1)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形
24、电流，处于基态的氢原子核外电子运动的等效电流多大？(用 k，e，r1，m 表示)(2)若氢原子处于 n2 的定态，求该氢原子的电离能.【解析】(1)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，有ke2r21 42mr1T2 根据电流强度的定义 IeT 解得 I e22r1kmr1(2)氢原子处于 n2 的定态时能级为 E2E14 3.4 eV 要使处于 n2 的定态的氢原子电离，需要吸收的能量值为 3.4 eV 即电离能为 3.4 eV.11.如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出多少种能量的光子；(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？【解析】(1)Nn（n1）24（41）2种6种(2)由 n4 跃迁到 n3 时，能级差最小，辐射的光子波长最长,依 hcE4E3 hcE4E36.63103431080.85（1.51）1.601019 m 1.88106 m