1、原子结构专题一三种原子模型的对比实验基础结构差异成功和局限“枣糕”模型电子的发现带正电物质均匀分布在原子内，电子镶嵌其中解释了一些实验事实，无法解释粒子散射实验核式结构模型粒子散射实验全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子绕核旋转成功解释了粒子散射实验，无法解释原子的稳定性与原子光谱的分立特征玻尔的原子模型氢原子光谱的研究在核式结构模型基础上，引入量子化观点成功解释了氢原子光谱，无法解释较复杂的原子光谱例1粒子的质量大约是电子质量的7 300倍，如果粒子以速度v跟电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后粒子的速度变化了多少？解析设电子质量为m，碰后粒子速度为v1，电子速度为v2，由
2、弹性正碰中动量和能量守恒有7 300mv27 300mv12mv22，7 300mv7 300mv1mv2，解得v1vv。因此碰撞后粒子速度减少了vvv1v。答案v专题二光子和实物粒子引起的两种跃迁1.光子和原子作用(1)原子在各定态之间跃迁：跃迁条件hEmEn，原子的一次跃迁，只能吸收一个光子的能量，且该光子的能量恰好等于跃迁的能级差，否则该光子不被原子吸收。(2)原子电离：光子的能量大于或等于原子所处能级的能量的绝对值时，即hEEm，就会被处于第m能级的氢原子吸收而使之发生电离，入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，原子电离时不再受hEmEn这个条件的限制。2实物粒子和原
3、子作用实物粒子和原子碰撞，其动能可全部或部分地被原子吸收，只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差，即满足EEmEn，均可使原子受激向较高能级跃迁。例2氢原子的能级示意图如图21所示，现有每个电子的动能都为Ee12.89 eV的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰。已知碰撞前一个电子与一个氢原子的总动量为零。碰撞后，氢原子受激发而跃迁到n4的能级。求碰撞后1个电子与1个受激氢原子的总动能。(已知电子的质量me与氢原子的质量mH之比为11 840)图21解析以ve和vH表示碰撞前电子的速率和氢原子的速率，根据题意有：mevemHvH0碰撞前，氢原子与电子的总动能为
4、：EkmHvH2meve2联立两式并代入数据解得：Ek12.90 eV氢原子从基态跃迁到n4的能级所需能量由能级图可得：E0.85 eV(13.6 eV)12.75 eV碰撞后，受激氢原子与电子的总动能为：EkEkE12.90 eV12.75 eV0.15 eV。答案0.15 eV(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)1原子的核式结构学说，是卢瑟福根据以下哪个实验现象提出来的()A光的衍射实验B氢原子光谱实验C粒子散
5、射实验 D阴极射线实验解析：选C卢瑟福根据粒子散射实验的现象分析出原子内部是十分空旷的，并提出了原子的核式结构模型。选项C正确。2氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A核外电子受力变小B原子的能量减少C氢原子要吸收一定频率的光子D氢原子要放出一定频率的光子解析：选BD由玻尔理论知，当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，要放出能量，故要发射一定频率的光子；电子的轨道半径小了，由库仑定律知，它与原子核之间的库仑力大了，故A、C错，B、D正确。3在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐，用摄谱仪得到的光谱应为()A钠的发射光谱 B钠的吸收光谱C钠的连续
6、光谱 D钠的线状光谱解析：选AD该光谱为钠蒸气的发射光谱，也是钠原子的特征光谱，必然为线状光谱，A、D正确。4关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是()A证明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元B提出了电荷分布的量子化观念C证明了电子在原子核外绕核转动D为电子质量的最终获得做出了突出贡献解析：选BD该实验第一次测定了电子的电荷量。由电子的比荷就可确定电子的质量，D正确。因带电体的电荷量均为某一个电量值(电子电荷量)的整数倍，故提出了电荷分布的量子化概念，B正确。5关于粒子的散射实验解释有下列几种说法，其中错误的是()A从粒子的散射实验数据，可以估计出原子核的大小B极少数粒
7、子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在C原子核带的正电荷数等于它的原子序数D绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中正电荷是均匀分布的解析：选D从粒子的散射实验数据，可以估计出原子核的大小，A正确。极少数粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在，B正确。由实验数据可知原子核带的正电荷数等于它的原子序数，C正确。绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中是比较空旷的，D错误。6“秒”是国际单位制中时间的单位，它等于133Cs原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9 192 631 770倍
8、。据此可推知，这两能级之间的能量差为(普朗克常量h6.631034 Js)()A6.091024 eVB6.091024 JC3.81105 J D3.81105 eV解析：选BD设133Cs原子在两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期为T0，由题意知：9 192 631 770T01 s，故9 192 631 770 Hz，Eh6.6310349 192 631 770 J6.091024 J3.81105 eV。7若要使处于基态的氢原子电离，可以采用两种方法，一是用能量为13.6 eV的电子撞击氢原子，二是用能量为13.6 eV的光子照射氢原子，则()A两种方法都可能使氢原子电离B两
9、种方法都不可能使氢原子电离C前者可使氢原子电离D后者可使氢原子电离解析：选D电子是有质量的，撞击氢原子时发生弹性碰撞。由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把13.6 eV的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收，故D正确。8按照玻尔的理论，氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。当一个氢原子从n4的能级向低能级跃迁时，下列说法正确的是()A氢原子系统的电势能增加，电子的动能增加B氢原子系统的电势能减小，电子的动能减小C氢原子可能辐射6种不同波长的光D氢原子可能辐射3种不同波长的光解析：选D氢原子从能
10、级4向低能级跃迁的过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，A、B选项错误。由于只有一个氢原子，若从能级4跃迁到能级3再跃迁到能级2再跃迁到基态，此时发出光子最多，会发出3种光子，C选项错误，D选项正确。9氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级放出光子的频率为，则它从基态跃迁到n4的能级吸收的光子频率为()A. B.C. D.解析：选D氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级，hE3E2E1 则从基态跃迁到n4的能级，吸收光子能量hE4E1E1E1 由得，选项D正确。10如图1所示为氢原子的能级图，若用能量为12.75 eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，则()图1A氢原子能从基态跃迁到n4的激发态
11、上去B有的氢原子能从基态跃迁到n3的激发态上去C氢原子最多能发射3种波长不同的光D氢原子最多能发射6种波长不同的光解析：选AD本题考查玻尔理论。根据氢原子的能级图可知，处于基态的氢原子的能量E113.6 eV，吸收能量为12.75 eV的光子后，其能量变为：En(13.612.75) eV0.85 eV。由能级图可知，氢原子被激发到n4的能级上，故A正确、B错误。处在n4激发态上的氢原子可以向n1、n2、n3能级跃迁，发出3种不同波长的光；处在n3激发态上的氢原子可以向n1、n2能级跃迁，发出2种不同波长的光；处在n2激发态上的氢原子可以向n1能级跃迁发出1种波长的光。可见氢原子最多可发出6种
12、不同波长的光，D正确、C错误。二、填空题(本题共3小题，共20分。把答案填在题中横线上，或按题目要求作答)11(6分)汤姆孙的原子模型的特点是正电荷_在球体内，卢瑟福原子模型的特点是原子为_结构，而玻尔原子模型的特点是原子的能量和电子的运行轨道处于_的状态中。答案：均匀分布核式不连续12(6分)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图2所示。电子处在n3轨道上比处在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。图2解析：本题主要考查玻尔理论，解题的关键是掌握玻尔原子理论的能级知识及跃迁规律。由玻尔理论知，能级越低，电子的轨道半
13、径越小，电子离核越近；当大量的氦离子处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线条数为C426。答案：近613(8分)电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根(18681953)所做的油滴实验测出的，密立根实验的原理如图3所示：两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上面的板带正电，下面的板带负电，油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中。大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。图3两板间的电势差、两板的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E。但是油滴太小，其质量m很难
14、直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度测量油滴的质量。未加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力很快就等于油滴与空气的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v1.再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡，根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带电荷量。密立根测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量e。如图所示中，在A板上方用喷雾器将小油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电。已知A、B板间电压为U、间距
15、为d时，油滴恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v匀速运动，已知空气阻力正比于速度：Fkv，则油滴所带的电荷量q_。某次实验得q的测量值见下表(单位：1019 C)：6.418.019.6511.2312.83分析这些数据可知：_。解析：mgEq0，mgkv0，解得q。油滴的带电荷量是1.61019 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019 C。答案：油滴的带电荷量是1.61019 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.61019 C三、计算题(本题共3小题，共40分。解答应写出必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)14(10分)物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，取
16、得惊人的发现。试由此实验根据下列所给公式或数据估算金原子核的大小。点电荷的电势U，k9.0109 Nm2/C2金原子序数为79粒子的质量m6.641027 kg质子质量mp1.671027 kg粒子的速度v1.60107 m/s电子电荷量e1.61019 C解析：粒子接近金原子核，克服库仑力做功，动能减少，电势能增加。当粒子的动能完全转化为电势能时，离金原子核最近，距离为R，R可被认为是金原子核半径。由动能定理有mv2qU又因为U，Q为金原子核电荷量，则R代入数据，其中q2e，Q79e，可得R41014 m。答案：41014 m15(15分)氢原子光谱除了巴尔末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中
17、帕邢系的公式为R()，n4,5，6，R1.10107 m1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：(1)n6时，对应的波长；(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少？n6时，传播频率为多大？解析：(1)由帕邢系公式R()，当n6时，得1.09106 m。(2)帕邢系形成的谱线在红外区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c3108 m/s，由v，得 Hz2.751014 Hz。答案：(1)1.09106 m(2)3108 m/s2.751014 Hz16(15分)如图4所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级上，辐射出能量为2.55 eV的光子，图4(1)那么要给基态的氢原子最少提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射出上述能量的光子？(2)在图中画出获得该能量后氢原子可能的跃迁情况。解析：(1)氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，满足：hEnE22.55 eV，EnhE20.85 eV，所以n4。基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供EE4E112.75 eV的能量。(2)跃迁图如图所示。答案：(1)12.75 eV(2)见解析
