高考物理一轮复习：原子结构 氢原子光谱

第1讲 原子结构 氢原子光谱【知识点1】 氢原子光谱 Ⅰ1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子。

(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。

(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2．光谱(1)光谱 用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

(2)光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

(3)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1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2，(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数。

【知识点2】 氢原子的能级结构、能级公式 Ⅰ1．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hν＝E m－E n。

(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(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。

2．基态和激发态原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。

3．氢原子的能级图板块二考点细研·悟法培优考点1 氢原子能级图及原子跃迁 [深化理解]1．能级图中相关量意义的说明氢原子的能级图如图所示。

高中物理氢原子光谱知识点一、氢原子光谱的发现历程。

1. 巴尔末公式。

- 1885年，巴尔末发现氢原子光谱在可见光区的四条谱线的波长可以用一个简单的公式表示。

巴尔末公式为(1)/(λ)=R((1)/(2^2) - (1)/(n^2))，其中λ是谱线的波长，R称为里德伯常量，R = 1.097×10^7m^-1，n = 3,4,5,·s。

- 巴尔末公式的意义在于它反映了氢原子光谱的规律性，表明氢原子光谱的波长不是连续的，而是分立的，这是量子化思想的体现。

2. 里德伯公式。

- 里德伯将巴尔末公式推广到更一般的形式(1)/(λ)=R((1)/(m^2)-(1)/(n^2))，其中m = 1,2,·s，n=m + 1,m + 2,·s。

当m = 1时，对应赖曼系（紫外区）；当m = 2时，就是巴尔末系（可见光区）；当m = 3时，为帕邢系（红外区）等。

二、氢原子光谱的实验规律与玻尔理论的联系。

1. 玻尔理论对氢原子光谱的解释。

- 玻尔提出了三条假设：定态假设、跃迁假设和轨道量子化假设。

- 根据玻尔理论，氢原子中的电子在不同的定态轨道上运动，当电子从高能级E_n向低能级E_m跃迁时，会发射出频率为ν的光子，满足hν=E_n-E_m。

- 结合氢原子的能级公式E_n=-(13.6)/(n^2)eV（n = 1,2,3,·s），可以推出氢原子光谱的波长公式，从而很好地解释了氢原子光谱的实验规律。

例如，对于巴尔末系，当电子从n（n>2）能级跃迁到n = 2能级时，发射出的光子频率ν满足hν = E_n-E_2，进而可以得到波长与n的关系，与巴尔末公式一致。

2. 氢原子光谱的不连续性与能级量子化。

- 氢原子光谱是分立的线状光谱，这一现象表明氢原子的能量是量子化的。

在经典理论中，电子绕核做圆周运动，由于辐射能量会逐渐靠近原子核，最终坠毁在原子核上，且辐射的能量是连续的，这与实验观察到的氢原子光谱不相符。

第十九章 原子结构和原子核 1．本章内容可分为两部分，即原子结构和原子核。

重点内容是：氢原子的能级结构和公式；原子核的衰变和半衰期；核反应方程的书写；结合能和质量亏损。

从考试大纲可以看到全部是I 级要求。

2．高考对本专题考查特点是命题热点分散，偏重于知识的了解和记忆，多以每部分内容单独命题，多为定性分析，“考课本”，“不回避陈题”是本专题考查的最大特点，题型多以选择题形式出现，几乎在每年高考中占一个小题。

3．本单元内容与现代科技相联系的题目较多，复习时应引起高度重视。

第一课时 氢原子光谱氢原子的能级结构和公式选修3-5本章概览【教学要求】1．了解人们对原子结构的认识过程2．掌握α粒子散射实验和原子核式结构的3．理解玻尔模型的三条假设【知识再现】一、人们认识原子结构的思维线索气体放电的研究→阴极射线→发现电子（1897 年，汤姆生）→汤姆生的“枣糕模型”−−−−→−粒子散射实验α卢瑟福的核式结构模型−−−−→−氢光谱的研究玻尔模型（轨道量子化模型）。

二、卢瑟福的核式结构模型1．α粒子散射实验做法：用质量是电子7300倍的a 粒子轰击薄金箔。

结果：绝大多数 ，少数 ，极少数 ，有的甚至 。

2．原子的核式结构在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。

3．实验数据估算：原子核大小的数量级为10-15－10-14m ，原子大小的数量级为10-10 m三、玻尔的原子理论——三条假设1．“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。

2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hv=E 2-E 1。

(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

二、氢原子光谱
1．光谱：
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

2．光谱分类
3．氢原子光谱的实验规
律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式
1
λ
＝R(
1
22
－1
n2
)，(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。

4．光谱分
析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。

在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

三、氢原子的能级、能级公式
1．玻尔理论。

一、原子的核式结构1．α粒子散射实验的结果．绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．2．卢瑟福的原子核式结构模型．在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．3．原子核的尺度：原子核直径的数量级为10－15 m，原子直径的数量级约为10－10m.二、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hν＝E m－E n(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)．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．4．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．①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6_e V.②氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10_m.1．α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上．(√) 2．阴极射线来源于原子核．(×)3．原子的核式结构模型是由英国物理学家卢瑟福提出的．(√)4．原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的．(√)5．氢原子由能量为E n的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝E n. (×) 6．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率．(×)7．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(×)8．原子的能量量子化现象是指原子的能量状态是不连续的．(√)1．(2015·开封模拟)在卢瑟福α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α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α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，选项A、D错误；由原子核对α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：C2．(多选)(2016·芜湖模拟)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．原子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝|E m－E n|D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量解析：由玻尔理论知核外电子轨道是不连续的，不可以取任意值，故选项A错误；电子离原子核越远，能级越高，故原子的能量越大，选项B正确；原子发生跃迁时，若从低能级向高能级跃迁，吸收能量，从高能级向低能级跃迁，释放能量，且吸收和放出的光子的能量，由能级的能量差决定，故选项C 正确，D 错误．答案：BC3．(2015·西安模拟)用频率为ν0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ν1、ν2、ν3的3条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则( )A ．ν0＜ν1B ．ν3＝ν2＋ν1C ．ν0＝ν1＋ν2＋ν3D.1ν1＝1ν2＋1ν3解析：大量氢原子跃迁时，只有3个频率的光谱，这说明是从n ＝3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有h ν3＝h ν2＋h ν1，解得ν3＝ν2＋ν1，B 正确．答案：B4．(2016·株洲模拟)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n ＝3轨道上比处在n ＝5轨道上离氦核的距离________(填“近”或“远”)．当大量He ＋处在n ＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有______条．解析：根据玻尔原子理论，量子数n 越小，轨道越靠近原子核，所以n ＝3比n ＝5的轨道离原子核近，大量处于n ＝4 激发态的原子跃迁一共有6种情形，即产生6条谱线．答案：近 6一、单项选择题1．(2014·上海卷)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是()A．原子中心有一个很小的原子核B．原子核是由质子和中子组成的C．原子质量几乎全部集中在原子核内D．原子的正电荷全部集中在原子核内解析：为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，但不能得到原子核内的组成，故选项B不能用卢瑟福原子核式结构模型得出，A、C、D可以．答案：B2．(2015·安阳模拟)已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是()解析：由图示可知，在A 所示能级间跃迁中释放光子的能量最小，辐射光波的波长最长．选项A 正确．答案：A3．(2016·大同模拟)氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中( )A ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B ．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大D ．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大解析：根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大，由能量公式E n ＝E 1n 2(E 1＝－13.6 eV)，可知电子从低轨道(量子数n 小)向高轨道(n 值较大)跃迁时，要吸收一定能量的光子，选项B 可排除；氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即ke 2r 2＝mv 2r ，电子运动的动能E k ＝12mv 2＝ke 22r，由此可知电子离核越远，r 越大时，则电子的动能就越小，选项A 、C 均可排除；由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异种电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增大，选项D 正确．答案：D4．(2016·宝鸡模拟)氢原子的部分能级如图所示，氢原子吸收以下能量时，可以从基态跃迁到n ＝2能级的是( )A ．10.2 eVB ．3.4 eVC．1.89 eV D．1.51 eV解析：氢原子基态能量为－13.6 eV，n＝2能级的能量为－3.4 eV，两者的差值为10.2 eV，即所需要吸收的能量，故选项A正确．答案：A5．(2015·东营模拟)仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分立的不连续的亮线，其原因是()A．氢原子只有几个能级B．氢原子只能发出平行光C．氢原子有时发光，有时不发光D．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的解析：光谱中的亮线对应不同频率的光，“分立的不连续的亮线”对应着不同频率的光，选项B、C错误；氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射不同能量的光子，并且满足E＝h ν，能量不同，相应光子频率不同，体现在光谱上是一些不连续的亮线，选项A错误，D 正确．答案：D6．(2015·秦皇岛模拟)如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是()A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易发生衍射现象D．用n＝2能级跃迁到n＝1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：由原子跃迁、光电效应的规律分析．这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，光频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，光频率最大，光波长最小，最不容易发生衍射现象，选项C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确．答案：D二、多项选择题7．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图．荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到以下现象，其中正确的是()A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最少B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些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：根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多．答案：BD8．(2016·大连模拟)如图所示为氢原子的能级示意图，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现象B．一群处于n＝3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n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌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：当氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子的能量有可能大于3.34 eV，锌板有可能产生光电效应，选项A错误；由跃迁关系可知，选项B正确；从n＝3能级向基态跃迁时发出的光子最大能量为12.09 eV，由光电效应方程可知，发出光电子的最大初动能为8.75 eV，选项C正确；氢原子在吸收光子能量时需满足两能级间的能量差，因此选项D 错误；14.0 eV＞13.6 eV，因此可以使处于基态的氢原子电离，选项E正确．答案：BCE9．(2016·烟台模拟)已知氢原子的能级如图所示，现用光子能量在10～12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是()A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种解析：n＝1→n＝5，hν＝E5－E1＝13.06 eV，故能量在10～12.9 eV范围内的光子，仅吸收符合n＝1→n＝2，n＝1→n＝3，n＝1→n＝4的能级差的三种光子，选项A错误，B 正确；照射后处于最高能级的原子的量子数n＝4，故向低能级跃迁能辐射的光谱条数N＝n（n－1）－12＝6，选项C正确，D错误．答案：BC三、非选择题10．玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出频率为____Hz的光子，用该频率的光照射逸出功为 2.25 eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为____eV(电子电荷量e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)．解析：氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子的能量为E＝－0.85 eV －(－3.40eV)＝2.55 eV，由hν＝E解得光子的频率ν＝6.2×1014Hz.用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由光电效应方程知，产生光电子的最大初动能为E k＝hν－W＝(2.55－2.25) eV＝0.30 eV.答案：6.2×10140.3011．氢原子基态能量E1＝－13.6 eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0.53×10－10m.求氢原子处于n＝4激发态时：(1)原子系统具有的能量；(2)电子在n＝4轨道上运动的动能(已知能量关系E n＝1n2E1，半径关系r n＝n2r1，k＝9.0×109N ·m 2/C 2，e ＝1.6×10－19C)；(3)若要使处于n ＝2轨道上的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子 (普朗克常量h ＝6.63×10－34 J ·s)?解析：(1)由E n ＝1n 2E 1得 E 4＝E 142＝－0.85 eV . (2)因为r n ＝n 2r 1，所以r 4＝42r 1，由圆周运动知识得k e 2r 24＝m v 2r 4， 所以E k4＝12mv 2＝ke 232r 1＝9.0×109×（1.6×10－19）232×0.53×10－10J ≈0.85eV(3)要使处于n ＝2的氢原子电离，照射光的光子能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为h ν＝0－E 14， 得ν≈8.21×1014Hz.答案：(1)－0.85 eV (2)0.85 eV (3)8.21×1014 Hz。

板块三限时规范特训时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共10小题,每小题8分,共80分。

其中1～6为单选,7～10为多选)1、根据经典电磁理论,从卢瑟福原子模型可以得到的结论是()A、原子十分稳定,原子光谱是连续谱B、原子十分稳定,原子光谱是线状谱C、原子很不稳定,原子光谱是连续谱D、原子很不稳定,原子光谱是线状谱答案 C解析按照经典电磁理论,加速运动的电子,要不断地向周围发射电磁波,发射的应该是连续谱,电子的能量不断减少,最后电子要落到原子核上,即原子不稳定,C正确。

2、对原子光谱,下列说法不正确的是()A、原子光谱是不连续的B、由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的C、由于各种原子的原子结构不同,所以各种原子的原子光谱也不相同D、分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素答案 B解析原子光谱为线状谱,是不连续的,A正确；由于各种原子的原子结构不同,各种原子都有自己的特征谱线,B错误,C正确；根据各种原子的特征谱线,分析物质发光的光谱,可鉴别物质中含哪些元素,D正确。

3、氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态,设真空中的光速为c,则()A、吸收光子的波长为c(E1－E2)hB、辐射光子的波长为c(E1－E2)hC、吸收光子的波长为ch E1－E2D、辐射光子的波长为ch E1－E2答案 D解析由玻尔理论的跃迁假设知,当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子,由关系式hν＝E1－E2得ν＝E1－E2h。

又有λ＝cν,故辐射光子的波长为λ＝chE1－E2,D选项正确。

4、[2017·湖南永州二模]如图所示,图甲为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱。

已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2能级时的辐射光,谱线b可能是氢原子在下列哪种跃迁情形时的辐射光()A、从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级B、从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级C、从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级D、从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级答案 B解析由题图乙可知,谱线a的波长大于谱线b的波长,所以a光的光子频率小于b光的光子频率,则b光的光子能量大于n＝4和n＝2间的能级差,分析可知A、C、D错误,B正确。

考点规范练47原子结构氢原子光谱一、单项选择题1.下列说法正确的是()A.α粒子散射实验揭示了原子不是组成物质的最小微粒B.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱,因此玻尔的原子结构理论已完全揭示了微观粒子运动的规律C.阴极射线的实质是电子流D.玻尔原子理论中的轨道量子化和能量量子化的假说,启发了普朗克将量子化的理论用于黑体辐射的研究2.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分,下列关于光谱分析的说法正确的是()A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.同一种物质的线状谱的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同,它们没有关系3.(2021·四川仪陇宏德中学高三模拟)氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子。

已知基态的氦离子能量E1=-54.4 eV,氦离子的能级示意图如图所示。

在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A.40.8 eVB.51.0 eVC.43.2 eVD.48.4 eV4.下图为氢原子的能级示意图。

现有大量的氢原子从n=4的激发态向低能级跃迁,辐射出若干种不同频率的光,下列说法正确的是()A.从n=4的激发态向基态跃迁时,只能辐射出3种特定频率的光B.氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时,辐射出的光频率最小C.氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级时,电子的动能增加D.氢原子由n=3能级跃迁到n=1能级时,辐射出的光子能量为10.2 eV二、多项选择题5.氢原子的能级图如图所示,a 和b 是从高能级向低能级跃迁时辐射出的两种可见光,则( )A.a 光子的能量高于b 光子的能量B.a 光的波长大于b 光的波长C.a 光与b 光在空间叠加时可以发生干涉现象D.同一玻璃对a 光的折射率大于对b 光的折射率6.已知氢原子的基态能量为E 1,n=2、3能级所对应的能量分别为E 2和E 3,大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子。

高考物理一轮复习《原子结构》专题讲义[考点梳理]【考点一】阴极射线1.辉光放电现象（1）定义：放电管中若有气体，在放电管两级加上高电压可看到辉光放电现象。

但若管内气体非常稀薄即接近真空时，不能使气体，辉光放电现象消失。

（2）应用：如利用其发光效应制成的、，以及利用其正常辉光放电的电压稳定效应制成的。

2.阴极射线的产生如图所示，在研究0.1pa气压以下的气体导电的玻璃管内有阴、阳两级，当两级间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，称为。

在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体，当管中的气压降到0.1pa的时候，管内已接近真空，不能使气体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字阴影。

3.阴极射线的特点在真空中；碰到荧光物质能使其；本质上是。

4.判断阴极射线电性的方法阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响。

（1）粒子在电场中运动如图1所示。

带电粒子受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)。

带电粒子在不受其他力的作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带电。

（2）粒子在磁场中运动，如图2所示。

粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，利用左手定则即可判断粒子的电性。

不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带电。

5.电子的发现（1）实验：英国物理学家在研究阴极射线时的实验装置如图所示，从阴极K发射出的带电粒子通过阳极A和小孔A’形成一束细射线，它穿过两片平行的金属板，到达右端带有标尺的荧光屏上，通过射线产生的荧光屏位置断定，它的本质是。

（2）意义：拉开了人们研究的序幕。

[典例1]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[典例2]如图所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为( )A.电磁波B.带正电的高速粒子流C.带负电的高速粒子流D.不带电的高速中性粒子流【考点二】密里根“油滴实验”1.实验原理实验过程及原理：装置如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电，从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中。

第1讲原子结构氢原子光谱板块一主干梳理·夯实基础【知识点1】氢原子光谱Ⅰ1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子。

(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。

(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

(3)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1λ＝R⎝⎛⎭⎫122－1n2，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数。

【知识点2】氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ1．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hν＝E m－E n。

(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (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。

2．基态和激发态原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。

3．氢原子的能级图板块二考点细研·悟法培优考点1 氢原子能级图及原子跃迁[深化理解]1．能级图中相关量意义的说明氢原子的能级图如图所示。

微专题—原子结构与氢原子光谱习题选编一、单项选择题1、关于卢瑟福的α粒子散射实验和原子的核式结构模型，下列说法中不正确的是（ ） A ．绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进B ．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上C ．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论D ．卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了氧原子光谱的实验 2、关于原子结构和玻尔理论，下列说法中正确的是（ ） A ．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构 B ．玻尔在研究原子结构中提出了电子云的观念C ．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型D ．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量减小3、图示是氢原子的四个能级，当氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝3的能级时，辐射出光子a .当氢原子从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级时，辐射出光子b .则以下判断正确的是( )A ．光子a 的能量大于光子b 的能量B ．光子a 的频率大于光子b 的频率C ．光子a 的波长大于光子b 的波长D ．在真空中光子a 的传播速度大于光子b 的传播速度4、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( ) A ．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大 B ．原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小 C ．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小 D ．原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大5、氢原子从能量为m E 的较高激发态跃迁到能量为n E 的较低激发态，设真空中的光速为c ，则氢原子 A ．吸收光子的波长为()m n c E E h -B ．辐射光子的波长为()m n c E E h-C ．吸收光子的波长为nm chE E -D ．辐射光子的波长为nm chE E -6、2He ,Li ++等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”。

课时训练42 原子结构氢原子光谱一、选择题1.氢原子的部分能级如图，下列关于氢原子的表述正确的是( )A．处于基态时最不稳定B．从不同能级向基态跃迁时辐射的光子频率都一样C．从基态跃迁到n＝2能级需吸收10.2 eV的能量D．跃迁时辐射光子说明了原子核能的存在解析基态是最稳定的状态，所以A错误；辐射光子的频率与轨道的能级差有关，能级差不同，光子的频率就不同，所以B错误；轨道2和基态之间的能级差为13.6－3.4＝10.2(eV)，所以要吸收10.2 eV的能量，所以C对；电子跃迁辐射光子说明原子有能量，核反应中释放的能量才说明原子核能的存在，所以D错误．答案 C2.[2014·锦州模拟]光子的发射和吸收过程是( )A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B．原子不能从低能级向高能级跃迁C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高级能，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差值解析由玻尔理论的跃迁假设知，原子处于激发态不稳定，可自发地向低能级发生跃迁，以光子的形式放出能量．光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收光子后，会从较低能级向较高能级跃迁，但不管是吸收光子还是发射光子，光子的能量总等于两能级之差，即hν＝Em－En(m>n)，故选项C、D正确．答案CD3．α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，关于描述α粒子的有关物理量正确的是( )A．动能最小B．电势能最小C．α粒子与金原子组成的系统能量最小D．α粒子所受金原子核的斥力最大解析α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，当α粒子最接近金原子核时，其动能最小，电势能最大；由库仑定律可知随着距离的减小，库仑力逐渐增大，故A、D正确．答案AD4.如图所示为氢原子的能级示意图．现用能量介于10～12.9 eV范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是( )A．照射光中只有1种频率的光子被吸收B．照射光中有3种频率的光子可能被吸收C．观测到氢原子发射出3种不同波长的光D．观测到氢原子发射出6种不同波长的光解析根据玻尔能级跃迁的知识可知：原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量，而从激发态跃迁到基态时则以光子的形式向外释放能量．无论是吸收还是放出能量，这个能量值都不是任意的，而等于原子发生跃迁时这两个能级间的能量差．根据氢原子的能级示意图知E2－E1＝10.2 eV，E3－E1＝12.09 eV，E4－E1＝12.75 eV，E5－E1＝13.06 eV，说明在10～12.9 eV范围内的光子的照射下，能使基态的氢原子跃迁到第2、3、4能级，因此照射光中有3种频率的光子可能被吸收，选项A错误，B正确；观测到氢原子发射出n n－12＝4×4－12＝6种不同波长的光，选项C错误，D正确．答案BD5.氢原子部分能级的示意图如图所示，欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( ) 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10 eV的光子照射解析由氢原子能级图算出只有10.2 eV为第2能级与基态之间的能级差，而大于13.6 eV 的光子能使氢原子电离，选项A、C正确．答案AC6．现有1 200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激发的氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1n－1)( ) A．2 200 B．2 000C ．1 200D ．2 400解析 处在量子数n ＝4的激发态的1 200个氢原子分别跃迁到n ＝3、2、1的轨道上的数目均为400个，此时发出1 200个光子，量子数n ＝3的激发态的400个氢原子分别跃迁到n ＝2、1的轨道上的数目均为200个，发出光子数为400个，量子数n ＝2的激发态的600个氢原子跃迁到n ＝1的轨道上的数目为600个，发出光子数为600个，则发出的总光子数为1 200＋400＋600＝2 200(个)，所以选项A 正确．答案 A7．下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )A ．光电效应实验B ．伦琴射线的发现C ．α粒子散射实验D ．氢原子光谱的发现解析 光电效应实验说明光具有粒子性，故A 错误．伦琴射线为电磁波，故B 错误．卢瑟福由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，故C 正确．氢原子光谱的发现说明原子光谱是不连续的，故D 错误．答案 C8．氢原子从能量为Em 的较高激发态跃迁到能量为En 的较低激发态，设真空中的光速为c ，则( )A ．吸收光子的波长为c Em －En hB ．辐射光子的波长为c Em －En hC ．吸收光子的波长为ch Em －EnD ．辐射光子的波长为ch Em －En解析 由玻尔理论的跃迁假设，当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子，由关系式hν＝Em －En 得ν＝Em －En h .又有λ＝c ν，故辐射光子的波长为λ＝ch Em －En，选项D 正确．答案 D9．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En ＝E1/n2，其中n ＝2,3，….用h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )A ．－4hc 3E1B ．－2hc E1C ．－4hc E1D ．－9hc E1解析 处于第一激发态时n ＝2，故其能量E2＝E14，电离时释放的能量ΔE＝0－E2＝－E14，而光子能量ΔE＝hc λ，则解得λ＝－4hc E1，故C 正确，A 、B 、D 均错． 答案 C10．原子从一个能级跃迁到另一个较低能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n ＝2能级上的电子跃迁到n ＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n ＝4能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应．以这种方式脱离了原子的电子叫俄歇电子．已知铬原子的能级公式可简化表示为En ＝－A n2，式中n ＝1、2、3……表示不同的能级，A 是正的已知常数．上述俄歇电子的动能是( )A.316AB.716A C.1116A D.516A 解析 由En ＝A n2，知原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时，有E ＝E2－E1，又W 逸＝－E4，由光电效应方程Ekm ＝E －W 逸＝E ＋E4，代入数据：Ekm ＝1116A. 答案 C11.如图所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV ，锌板的电子逸出功为 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现象B ．用能量为11.0 eV 的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C ．处于n ＝2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线D ．处于n ＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离E ．用波长为60 nm 的伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子解析 氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光子能量大于锌板电子的逸出功3.34 eV ，锌板能发生光电效应，选项A 错误；n ＝2能级的轨道能量－3.4 eV ，紫外线的最小能量为3.11 eV ，则该氢原子只能吸收特定波段的紫外线，选项C 错误．答案 BDE二、非选择题12.根据卢瑟福的核式结构模型，画出了核外电子绕核运动时的分立轨道示意图如图所示，已知电子处于最内层轨道时原子能量的绝对值为E ，若该电子吸收波长为λ的光子，则跃迁到最外层轨道，随后又立即辐射出一个光子，从而跃迁到中层轨道，此时原子能量的绝对值为E′，求辐射光子的频率．解析根据能量的转化与守恒定律有－E′＝－E＋h cλ－hν，可得ν＝E′－E＋hcλh.13.[2014·南京模拟]氢原子的能级示意图如图所示，有一群处于n＝4能级的氢原子．如果原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁所发出的光正好使某种金属材料产生光电效应，则：(1)这群氢原子发出的光谱中共有几条谱线能使该金属产生光电效应？(2)从能级n＝4向n＝1发出的光照射该金属材料，所产生的光电子的最大初动能为多少？解析(1)共有3种频率的光能够使金属发生光电效应，分别从n＝3能级向n＝1能级、从n＝4能级向n＝1能级和从n＝2能级向n＝1能级跃迁释放的光子使金属产生光电效应．(2)从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出光子的能量ΔE＝E4－E1＝12.75 eV该金属的逸出功W0＝E2－E1＝10.2 eV根据光电效应方程ΔE＝Ek＋W0可知光电子最大初动能Ek＝ΔE－W0＝2.55 eV.答案(1)3条(2)2.55 eV14.如图所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．问：(1)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？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．解析(1)氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足hν＝En－E2＝2.55 eV，En＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以，n＝4，基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.(2)辐射跃迁图如图所示．答案(1)12.75 eV (2)见解析。

原子结构氢原子光谱(建议用时40分钟）1．以下说法不正确的是(）A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构B．原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱C．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究,并研究光电效应等现象,说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元D．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，该理论能解释大多数原子光谱的实验规律【解析】选D。

卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型，故A正确；根据光谱的特点可知，原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱,故B正确;汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，发现了电子,并说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元，故C正确;玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，该理论较好地解释了氢光谱,但不能解释大多数原子光谱的实验规律，故D错误；本题选择不正确的,故选D。

【总结提升】物理学家及其贡献(1)汤姆孙发现了电子；（2)卢瑟福进行了α粒子散射实验,并提出了原子的核式结构模型。

(2)玻尔理论指出氢原子能级是分立的,原子光谱是线状谱,玻尔理论较好地解释了氢光谱。

2。

(多选）如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是（)A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小B．α粒子在B处的速度最大C．α粒子在A、C处的速度大小相同D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小【解析】选C、D。

根据α粒子的运动轨迹曲线，可判定α粒子受到的是斥力，由A到B库仑力做负功，速度减小;由B到C库仑力做正功，速度增大，故选项A、B错误，D正确；由于A、C两点位于同一等势面上，从A到C电场力做功为零，所以α粒子在A、C处的速度大小相同，选项C正确.3．(多选）(2021·哈密模拟）已知金属钙的逸出功为2。