鲁科版高中物理选修3-5第2章 第3节 玻尔的原子模型

- 1 - 玻尔的原子模型

玻尔原子理论的基本假设

[探新知·基础练]

1．玻尔原子模型

(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。

(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。

(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。

2．定态

当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫做基态，其他的能量状态叫做激发态。

3．跃迁

当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝Em－En，该式被称为频率条件，又称辐射条件。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．氢原子吸收光子可从低能级跃迁到高能级。(√) - 2 - 2．玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。(√)

3．电子在不同轨道上运动时，会辐射电磁波。(×)

[释疑难·对点练]

1．轨道量子化

(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。

(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…，不可能出现介于这些轨道之间的其他值。

(3)轨道半径公式：rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。

2．能量量子化

(1)由于轨道的量子化，对应的原子内部能量也是量子化的。

(2)电子在不同的轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。

由于原子的不同状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫做激发态。对氢原子，以无穷远处为势能零点时，基态能量E1＝－13.6 eV。

(3)能级公式：En＝E1n2，式中n称为量子数，对应不同的轨道，n取值不同，基态取n＝1，激发态n＝2,3,4，…；量子数n越大，表示能级越高。

2 原子的核式结构模型

[学习目标] 1.知道汤姆孙的原子结构模型.2.了解α粒子散射实验的原理、现象和结论.3.知道卢瑟福的原子核式结构内容和意义.4.知道原子和原子核大小的数量级以及原子核的电荷数和核外电子数的关系.5.领会卢瑟福原子核式结构实验的科学方法，培养学生的抽象思维能力和想象力．

一、汤姆孙的原子模型

1．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，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图1.

图1 2．α粒子散射实验：

(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、放大镜、荧光屏等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中．

(2)实验现象

①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进；

②少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”．

(3)实验意义：卢瑟福通过α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．

二、卢瑟福的核式结构模型

1．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．它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．

2．原子核的电荷与尺度

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)汤姆孙的枣糕模型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．( √ )

(2)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍．( × )

(3)α粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型．( × )

(4)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动．( √ )

(5)原子核的电荷数等于核中的中子数．( × )

(6)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷．( √ )

一、对α粒子散射实验的理解与分析

[导学探究] 如图2所示为1909年英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：

静电力 库仑定律

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．(多选)在库仑扭秤实验中，对于库仑力的研究，用到了下述哪些思想方法( )

A．均分思想 B．放大法

C．控制变量法 D．补偿法

【解析】 在研究F与q、r的关系时，用到了控制变量法；为了改变点电荷的电荷量，用到了电荷量均分的思想，把带电小球的电荷量q分为q2，q4，q8，…为了比较力的大小，通过改变悬丝扭转的角度可以使较小的力得到放大，所以正确选项为A、B、C.

【答案】 ABC

2．(多选)关于点电荷的下列说法中正确的是( )

【导学号：34660012】

A．真正的点电荷是不存在的

B．点电荷是一种理想化模型

C．足够小的电荷就是点电荷

D．球形带电体都可以看作点电荷

【解析】 点电荷是一种理想化模型，带电体的形状和大小，对研究结果的影响可以忽略时，才可将带电体看作点电荷，并不是由带电体的带电量大小或形状完全决定的，故A、B正确，C、D错误．

【答案】 AB

3．用控制变量法，可以研究影响电荷间相互作用力的因素，如图1­2­6所示，O是一个带电的物体，若把丝线和带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3等位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小，这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来，若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示，则以下对该实验现象的判断正确的是(

)

图1­2­6

A．保持Q、q不变，增大d，则θ变大，说明F与d有关 B．保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d成反比

C．保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关

D．保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比

【解析】 保持Q、q不变，根据库仑定律公式F＝Qqr2，增大d，库仑力变小，则θ变小，减小d，库仑力变大，则θ变大，F与d的二次方成反比，故A、B错误；保持Q、d不变，减小q，则库仑力变小，θ变小，知F与q有关，故C正确；保持q、d不变，减小Q，则库仑力变小，θ变小，根据库仑定律公式F＝kQqr2，知F与两点电荷的乘积成正比，故D错误．

第 1 页 共 7 页 太原市高中物理人教版选修3-5第十八章第4节玻尔的原子模型同步练习

姓名:________ 班级:________ 成绩:________

一、

选择题 (共6题；共12分)

1. （2分） (2017高二下·南充期末) 按照玻尔的原子理论，大量氢原子从n=5的激发态向低能级跃迁时，最多能向外辐射（ ）

A . 5种不同频率的光子

B . 6种不同频率的光子

C . 8种不同频率的光子

D . 10种不同频率的光子

2. （2分） (2017高二下·昌平期末) 氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1=﹣54.4eV，氦离子能级的示意图如图所示．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 eV

B . 43.2 eV

C . 51.0 eV

D . 54.4 eV

3. （2分） (2018高二下·东山期末) 如图为氢原子能级的示意图，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不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是（ ）

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A .

波长最长的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的

B .

频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1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

4. （2分） 氢原子辐射出一个光子后，则（ ）

A . 电子绕核旋转半径增大

B . 电子的动能增加

C . 氢原子电势能增加

D . 原子的能级值增大

5. （2分） (2017高二下·钦州港期中) 汞原子的能级图如图所示．现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上，汞原子只发出三种不同频率的单色光．那么，关于入射光的能量，下列说法正确的是（ ）