1、原子结构 原 子 核（选 考）原子结构第十五章2一、玻尔的原子模型玻尔原子模型是以假说的形式提出来的，它包括以下三方面的内容:1.轨道假设：即轨道是 的，只能是某些分立的值.2.定态假设：即不同的轨道对应着不同的 状态，这些状态中原子是 的，不向外辐射能量.量子化能量稳定3.跃迁假设：原子在不同的状态下具有不同的 ，从一个定态向另一个定态跃迁时要 或 一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的 .二、能级在玻尔原子模型中，原子的可能状态是 的，因此各状态对应的能量也是 的，这些能量值叫能级.能量辐射吸收能级差不连续不连续三、基态与激发态能量最低的状态叫做 ；其他能量状态叫激发态.四、光子的发
2、射与吸收原子由激发态向基态跃迁时 出光子，由基态向激发态跃迁时要 光子.光子的频率与能级的关系：.基态辐射吸收h=Em-En 五、氢原子的能级公式和轨道公式 设基态轨道的半径为r1,量子数为n的 激 发 态 轨 道 半 径 为 rn,则 有 rn=(n=1,2,3,).设基态能量为E1,量子数为n的激发态能量为En,则有En=(n=1,2,3,).对于氢原子而言，r1=0.5310-10m,E1=-13.6eV.n2r112En 原子的核式结构模型卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出()A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的 卢瑟
3、福精确统计了向各个方向散射的粒子的数目，提出了原子的核式结构模型；在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核.原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里；带负电的电子在核外的空间运动.答案为A选项.分析原子结构时，容易将原子结构与原子核结构混淆.原子结构解释的是原子核和电子的关系；原子核结构解释的是原子核内部质子和中子的关系.点评变式训练1：根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图15-1-1中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹.在粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是()A.动能先增大，后减小 B.电势能先减小，后增大 C.电场力先做
4、负功，后做正功，总功等于零 D.加速度先变小，后变大图15-1-1解析：a粒子从a点经b点到达等势点c的过程中电场力先做负功，后做正功，a粒子的电势能先增加，后减小；动能先减小，后增大；回到同一等势线上时，电场力做的总功为零答案：C 正确认识氢原子光谱的特点，掌握氢原子发光或吸收光的规律 氢原子处于基态时,原子的能量E1=-13.6eV,根据玻尔的原子理论，求：(1)当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时,向外辐射的光波的波长是多少?(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的光照射氢原子?(3)氢原子在n=4的能级时可放出几种不同的光子?其中频率最高的光子其频率为多大？该光子是由
5、哪两个能级的跃迁产生的？氢原子的能级公式是En=(n=1,2,3,),由此可以计算出 当E1=-13.6eV时，E2=-3.4eV，E3=-1.51eV，E4=-0.85eV (1)由跃迁公式知 h=E3-E2h=E3-E2 =6.5810-7m12Enc32hcEE(2)使氢原子电离的条件是提供足够大的能量让氢原子吸收，使氢原子的核外电子成为自由电子，此时，氢原子的能量为E=0，可见，使处于基态的氢原子 电 离，提 供 的 能 量 为 E=E-E1=-E1=13.6eV，如果用光照射使氢原子电离，则照射光的频率必须满足h=0-E1=-=3.281015Hz1Eh(3)氢原子处在n=4的能级时
6、，因其能量状态较高而不稳定，很容易向较低的能量状态跃迁而发光，在跃迁过程中，可以直接跃迁到最低的能量状态(基态)，也可以向其他较低的能量状态跃迁，但在其他较低能量状态时，仍然不稳定，还会发生跃迁，因此，氢原子发光存在较多的可能性，如上图显示了各种可能的跃迁情况.由图可知，氢原子在n=4的能级时可放出6种不同频率的光子，其中频率最高的光子应为两个能量差最大的能级的跃迁而产生的，因此，这条光线是由n=4向n=1的跃迁产生的.由跃迁公式知h=E4-E1=3.081015Hz41EEh 正确理解氢原子电离的意义是解答照射光频率的关键，使原子电离的方式很多，光照是其中的一种，特别注意：光的能量是不连续的
7、.点评变式训练2：如图15-1-2所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.图15-1-2解析：氢原子从n2的某一能级跃迁到n=2的能级，满足：h=En-E2=2.55eVEn=h+E2=-0.85eV，所以n=4.基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供：DE=E4-E1=12.75eV，跃迁图如下图所示 掌握原子结构和原子能级的有关知识，综合解答相关问题在氢原子中，已知电子质量为m，电荷量为e，第一轨道的半径为r1，基态时氢原子的能
8、量为E1，求电子在不同轨道上运动时的线速度vn、旋转频率fn、与电子转动相当的环形电流In、动能Ekn、电势能Epn.根据原子的核式结构理论，电子绕原子核做圆周运动的向心力由库仑力提供 且rn=n2r1vn=，fn=In=,Epn=En-Ekn=222nnnvekmrr1eknmr311122nnnvekTrn rmr2232111,22knneekkeETn rmrn r21211()2keEnr 在解决氢原子的核外电子运动问题时，应把握好圆周运动知识与玻尔理论的两个公式的联系，根据不同轨道半径大小和原子的能量来求解其他物理量.点评变式训练3：氢原子辐射出一个光子后，则()A.电子绕核旋转的
9、半径增大B.电子的动能增大C.氢原子的电势能增大D.原子的能级值增大解析：氢原子辐射光子后，原子的总能量减小，电子从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道B 氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为1的光子，从能级A跃迁到C时，辐射出波长为2的光子，若12，则氢原子从能级B跃迁到能级C时，是吸收光子还是放出光子？对应的光子的波长为多大？由题设可知，氢原子从能级A跃迁到能级B时既然发射光子，说明能级A比能级B高，且h1=EA-EB1=,同理可以得到，能级A比能级C高，且h2=EA-EC2=,由于12，得EBEC，1chABhcEE2chAChcEE可见，氢原子从能级B跃迁到能级C时，应该放出光子，
10、且放出光子的波长满足h=EB-EC=(EA-EC)-(EA-EB)=原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子；从高能级向低能级跃迁,辐射一定能量的光子.光子的能量恰等于两能级间的能量差.hc21cchh1212 点评变式训练4：(2010.全国课标卷)用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线，且321，则()013210231231A B=+C=+1=1D+1解析：因为仅发射出三种频率的光子，且321，所以h3=E3-E1，h2=E2-E1，h1=E3-E2，所以h3=h2+h1，故B项对，C、D项错；入射光子h0=h3，所以01，A项错B
