高中物理第3章原子世界探秘学案沪科版选修

3.3 量子论视野下的原子模型学习目标知识脉络1.知道卢瑟福核式结构模型存在的弱点以及玻尔理论的主要内容.(重点)2.掌握氢原子的轨道半径的规律、氢原子能级及电磁辐射的规律.(重点、难点)3.了解原子光谱及其意义.(重点)4.了解玻尔理论的成就与局限性.玻尔的原子模型[先填空]1.玻尔理论的建立背景(1)经典理论的困难电子绕原子核高速运转，必然向外辐射电磁波，辐射能量后的电子将因原子核的引力作用而沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此.(2)玻尔的工作玻尔在卢瑟福模型的基础上，把普朗克的量子论引入了原子系统，建立了玻尔理论.2.玻尔理论的内容(1)玻尔理论的主要假设①原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，这些状态叫做定态.处于定态的原子并不对外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射.②原子从能量为E m的定态跃迁到能量为E n的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.(2)玻尔理论的结果①氢原子的电子轨迹半径为r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)②氢原子的能量为E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)r1、E1为电子的第一条轨迹半径以及对应的能量，且r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6_eV.[再判断]1.玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型.(×)2.玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量.(√)3.玻尔理论认为电子绕核运转的半径可以取一系列不连续的任意值.(×)[后思考]请思考原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾是什么.【提示】电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾.[核心点击]1.轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.氢原子各条可能轨道上的半径r n＝n2r1(n＝1,2,3…)其中n是正整数，r1是离核最近的可能的轨道半径，r1＝0.53×10－10 m.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半径之间的其他值.这样的轨道形式称为轨道量子化.2.能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，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.(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的.氢原子的电子在各条轨道上运动时氢原子的能量E n＝1n2E1(n＝1,2,3…)E1代表电子在离核最近的可能轨道上运动时氢原子的能量E1＝－13.6 eV. (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能.1.由玻尔理论可知，下列说法中正确的是( )A.电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B.处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C.原子内电子的可能轨道是连续的D.原子的轨道半径越大，原子的能量越大E.原子的能量是不连续的【解析】 按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A 、C 错，B 正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D 正确；原子轨道是不连续的，原子能量也是不连续的，E 正确.【答案】 BDE2.根据玻尔理论，氢原子核外电子在n ＝1和n ＝2的轨道上运动时，其运动的( ) A.轨道半径之比为1∶4 B.动能之比为4∶1 C.速度大小之比为4∶1 D.周期之比为1∶8 E.向心加速度之比为8∶1【解析】 由轨道量子化r n ＝n 2r 1知r 1∶r 2＝1∶4，故A 正确；由k e 2r 2＝m v 2r 得E k ＝12mv2＝ke 22r ，故E k1∶E k2＝r 2∶r 1＝4∶1，故B 选项正确，C 选项错误；由k e 2r 2＝m (2πT )2·r 得T ＝2πre mrk，故T 1∶T 2＝r 31r 32＝1∶8，故D 正确；由k e 2r 2＝ma 得：a ＝k e 2mr 2，故a 1∶a 2＝ke 2mr 21∶ke 2mr 22＝16∶1，E 错误.【答案】 ABD3.氢原子在电子轨道半径r 1＝0.53×10－10m 时，能量E 1＝－13.6 eV.求：(1)电子的动能； (2)氢原子的电势能；(3)电子在核外旋转的等效电流.(已知电子质量m ＝9.1×10－31kg)【解析】 (1)设氢原子核外电子速度 v 1，则k e 2r 21＝mv 21r 1所以电子动能E k1＝12mv 21＝ke22r 1＝9×109× 1.6×10－1922×0.53×10－10×1.6×10－19 eV ＝13.6 eV. (2)因为E 1＝E k1＋E p1，所以E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝ －27.2 eV.(3)等效的环形电流I ＝e /T ，由ke 2r 2＝mr ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2可得T ＝2πmr 3ke 2.所以I ＝e T ＝e 22πk mr3，代入数据得：I ＝1.05×10－3A. 【答案】 (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3) 1.05×10－3A解决玻尔原子模型问题的两点提醒(1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量.(2)原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大；轨道半径小，原子的能量小.能 级 原 子 光 谱[先填空] 1.能级在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，各定态的能量只能取一些分立值，各定态的能量值叫做原子的能级.2.氢原子能级结构图(1)基态：原子处于能量最低的状态电子在离核最近的轨道上运动的定态. (2)激发态：电子在除基态外的其他轨道上运动时的定态.(3)把氢原子所有可能的能量值画在一张图上，就得到了氢原子的能级结构图(如图3­3­1).图3­3­1(4)原子的能级跃迁①原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向较低能级的激发态或基态跃迁，这一过程以光子的形式辐射能量.②原子从基态或较低能级的激发态向较高能级的激发态跃迁的过程吸收能量. 原子吸收或辐射能量，等于发生相应跃迁时两个能级的能量差. 3.电子云用疏密不同的点表示电子在各处出现的概率，玻尔原子理论中的电子轨道是电子出现概率最大的地方.[再判断]1.不同原子的发光频率是不一样的.(√)2.氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因.(√)3.玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线.(√)4.当氢原子由能量为E 的定态向低能级跃迁时，其发光频率为ν＝E h.(×) 5.电子云就是原子核外电子的分布图.(×) [后思考]玻尔理论是如何解释氢原子光谱特征的？【提示】 当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量.因为电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差.能量差值不同，发射光的频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光.[核心点击]1.能级图中n 称为量子数，E 1代表氢原子的基态能量，即量子数n ＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.E n 代表电子在第n 个轨道上运动时的能量.作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n ＝1是原子的基态，n →∞是原子电离时对应的状态.2.能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态.所以一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N ＝n n －12＝C 2n .3.光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定.hν＝E m －E n (E m 、E n 是始末两个能级且m ＞n )能级差越大，放出光子的频率就越高.4.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n 能级时能量有余，而激发到n ＋1时能量不足，则可激发到n 能级的问题.(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E ＝E n －E k )，就可使原子发生能级跃迁.5.原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV ，则原子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.6.玻尔理论的成就及局限性(1)成就：成功解释了氢原子光谱的实验规律. (2)局限性：不能解释复杂原子的光谱现象.(3)原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动.4.欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( )【导学号：67080029】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E.用12.09 eV 的光子照射【解析】 由氢原子的能级图可求得E 2－E 1＝－3.40 eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ，即10.2 eV 是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2 eV 的光子后将跃迁到第二能级态，可使处于基态的氢原子激发，A 对；同理可知E 对；E m －E 1≠11 eV，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B 错；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量须≥13.6 eV，而14 eV ＞13.6 eV ，故14 eV 的光子可使基态的氢原子电离，C 对；E m －E 1≠10 eV，既不满足玻尔理论关于跃迁的条件，也不能使氢原子电离，D 错.【答案】 ACE5.(2015·海南高考)氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV.大量氢原子处于某一激发态.由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为______eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有______种不同的频率.【解析】 频率最大的光子能量为－0.96E 1，即E n －(－13.6 eV)＝－0.96×(－13.6 eV)，解得E n ＝－0.54 eV即n ＝5，从n ＝5能级开始，根据n n －12可得共有10种不同频率的光子.从n ＝5到n ＝4跃迁的光子频率最小，根据E ＝E 5－E 4可得频率最小的光子的能量为0.31 eV.【答案】 0.31 106.有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，当它们跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？【解析】(1)由n＝3的激发态向低能级跃迁的路径为n3→n2→n1或n3→n1，故能放出三种能量的光子.(2)上述三种跃迁辐射中，由n3→n2的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长.由氢原子能级图知E2＝－3.4 eV，E3＝－1.51 eV.hν＝E3－E2，由ν＝cλ可得λ＝hcE3－E2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19m＝6.58×10－7 m.【答案】(1)3 (2)n3→n2的跃迁 6.58×10－7 m一个氢原子与一群氢原子在能级分析中的差别1.如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光条数为(n－1).2.如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道，每一个跃迁时只能发出一种光，多种轨道同时存在，发光条数N＝n n－12.3.若知道每条光线的能量，可根据已知情况判定光线的波长或光线所在的区域.。

高中物理第3章原子世界探秘 3.3 量子论视野下的原子模型导学案沪科版选修1、知道玻尔原子理论基本假设的主要内容、2、了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念、3、能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型、1、爱因斯坦的光子说：光的能量是不连续的，而是一份一份的，一份叫一个光子，一个光子的能量为hν、2、eV是能量的单位，1 eV＝1、610－19 J、3、玻尔理论(1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，这些状态叫做定态，处于定态的原子并不对外辐射能量、只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射、(2)跃迁假设：原子从能量为Em的定态跃迁到能量为En的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En、(3)轨道假设：电子围绕原子核运动的轨道半径也是不连续的，只能是一些分立的数值，即rn＝n2r1，En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中r1＝0、5310－10 m，E1＝－13、6 eV、4、能级、原子光谱(1)能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因而各定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在各定态的能量值叫做原子的能级、(2)基态和激发态①基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态、②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态、(3)原子光谱原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向低能级的激发态或基态跃迁，这一过程是辐射能量的过程，能量以光子的形式辐射出去、各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可能发射的光的频率也不同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而具有自己的原子光谱、5、玻尔理论的成就和局限(1)玻尔理论的成就玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域；提出了能级和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律、(2)玻尔理论的局限性没有彻底摆脱经典物理学的束缚，对更复杂的原子光谱无法解释、原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的概率不同、电子在各处出现的概率，就像云雾一样，人们把它叫做电子云、一、对玻尔理论的理解[问题设计]按照经典理论核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动、我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星原子核模型呢？答案不是、在玻尔的理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值、[要点提炼]对玻尔原子模型的理解1、轨道量子化(1)轨道半径只能够是某些分立的数值、(2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0、053 nm，其余轨道半径满足rn ＝n2r1，n为量子数，n＝1,2,3，…、2、能量量子化不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的、原子各能级：En＝E1(E1＝－13、6 eV，n＝1,2,3，…)3、能级跃迁与光子的发射和吸收：(1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会发射光子，放出光子的能量hν与始末两能级Em、En之间的关系为：hν＝Em－En、(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从低能级跃迁到高能级、[延伸思考]为什么氢原子的定态能量为负值？氢原子由低能级跃迁到高能级的过程中动能如何变化？电势能Ep及轨道能量如何变化？答案氢原子的定态能量包括两种能量：电子绕核运动的动能及电子—氢原子核系统的电势能、在研究电势能时我们通常取无穷远处作零势能，设电子距核的半径为r，电子质量为m，由k＝m可知电子的动能Ek＝k，而电势能的表达式为Ep＝－k，两者之和即为轨道能量E＝Ek＋Ep＝－k，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r1＝0、053 nm，E1＝－13、6 eV是其定态能量的最低值、从氢原子核外电子的动能Ek、电势能Ep及轨道能量E的表达式可以看出当氢原子从低能级En向高能级Em(n<m)跃迁时，r增大，Ek减小，Ep增大，(或r增大时，库仑力做负功，电势能Ep增大)，E增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hν＝Em－En、例1 玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有()A、原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C、电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D、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解析A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念、原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合、原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关、答案ABC例2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道上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，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量也减少C、原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减少，原子的能量增大D、原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量大解析由库仑力提供向心力，即＝，Ek＝mv2＝，由此可知电子离核越远r越大，则电子的动能越小，故A、C错误；因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增加，B 错；再结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确、答案 D二、原子的能级跃迁问题[问题设计]根据氢原子的能级图，说明：(1)氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？(2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多少种频率不同的光子？图1答案(1)氢原子吸收(或辐射)光子的能量决定于两个能级差hν＝Em－En(n<m)、(2)氢原子能级跃迁图如图所示、从图中可以看出能辐射出6种频率不同的光子，它们分别是n＝4→n＝3，n＝4→n＝2，n＝4→n＝1，n＝3→n＝2，n＝3→n＝1，n＝2→n＝1、[要点提炼]1、电子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收(或放出)能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)、若m→n，则辐射光子，若n→m，则吸收光子、2、根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n的氢原子最后跃迁到基态时，可能发出的不同频率的光子数可用N＝C＝计算、例3 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11 eV的电子碰撞答案ACD解析由“玻尔理论”的跃迁假设可知，氢原子在各能级间，只能吸收能量值刚好等于两能级之差的光子、由氢原子能级关系不难算出，10、2 eV刚好为氢原子n＝1和n＝2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者、对14 eV的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使“氢原子”电离，而不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子仍具有0、4 eV的动能、用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，故正确选项为A、C、D、玻尔的原子模型1、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能级，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答案CD2、如图2所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级、处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是()图2A、n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B、n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子C、n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子D、n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子答案 B3、用能量为12、6 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于这群氢原子的跃迁的说法正确的是()A、原子能跃迁到n＝2的激发态上B、原子能跃迁到n＝3的激发态上C、原子能跃迁到n＝4的激发态上D、原子不能跃迁答案 D4、欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A、用11、5 eV的光子照射B、用11、5 eV的电子碰撞C、用15 eV的光子照射D、用15 eV的电子碰撞答案BCD解析氢原子只能吸收等于两能级之差的光子，A项错；对于15 eV的光子其能量大于基态氢原子的电离能，可被基态氢原子吸收而电离，C项正确；对于电子碰撞，只要入射电子的动能大于或等于两个能级差或电离能，都可使氢原子激发，B、D正确、[基础题]1、有关氢原子光谱的说法正确的是()A、氢原子的发射光谱是连续谱B、氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C、氢原子光谱说明氢原子的能级是分立的D、氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关答案BC 解析氢原子的发射光谱是线状谱，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只能发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子发射出的光子能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En，故选项D错误、2、关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有()A、它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B、它发展了卢瑟福的核式结构学说C、它完全抛弃了经典的电磁理论D、它引入了普朗克的量子理论答案BD解析玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误，B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误，D正确、3、如图1所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是( )图1A、原子A可能辐射出3种频率的光子B、原子B可能辐射出3种频率的光子C、原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D、原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4答案B解析原子A处于激发态E2，它只能辐射一种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，发射三种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时，只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B项正确、4、大量氢原子从n＝5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是()A、4条B、6条C、8条D、10条答案D解析N＝＝＝10条、5、一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，则()A、被氢原子吸收的光子的能量为hν1B、被氢原子吸收的光子的能量为hν2C、ν1＝ν2＋ν3D、hν1＝hν2＋hν3答案ACD解析氢原子吸收光子能向外辐射出三种频率的光子，说明氢原子从基态跃迁到了第三激发态，在第三激发态不稳定，又向低能级跃迁，发出光子，其中从第三能级跃迁到第一能级的光子能量最大，为hν1，从第二能级跃迁到第一能级的光子能量比从第三能级跃迁到第二能级的光子能量大，由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了能量为hν1的光子，且关系式hν1＝hν2＋hν3，ν1＝ν2＋ν3成立，故选项A、C、D正确、6、氢原子的能级如图2所示，已知可见光的光子能量范围约为1、62 eV～3、11 eV、下列说法错误的是()图2A、处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B、大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C、大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D、大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光答案D解析大量n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出6种不同频率的光，其中有2种可见光，故D 错，C对；n＝3上的氢原子的电离能为1、51 eV，而紫外线的能量大于可见光的能量，即大于n＝3的电离能，所以能使原子发生电离，故A项对；从n＝3以上的能级向n＝3能级跃迁时，发出的光子的能量都小于1、51 eV，谱线都在红外区，这些谱线都具有显著的热效应，B项对、[能力题]7、μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用、图3为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E等于()图3A、h(ν3－ν1)B、h(ν3＋ν1)C、hν3D、hν4答案C解析μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3、8、按照玻尔理论，氢原子从能级A跃迁到能级B时，释放频率为ν1的光子；氢原子从能级B跃迁到能级C时，吸收频率为ν2的光子，且ν1>ν2、则氢原子从能级C跃迁到能级A时，将()A、吸收频率为ν2－ν1的光子B、吸收频率为ν1－ν2的光子C、吸收频率为ν2＋ν1的光子D、释放频率为ν1＋ν2的光子答案B解析从A跃迁到B 时，EA－EB＝hν1；从B跃迁到C时EC－EB＝hν2、两式相减得EC－EA＝h(ν2－ν1)、由于ν1>ν2，所以从C跃迁到A将吸收频率为ν1－ν2的光子，故B正确、9、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答案D解析电子是有质量的，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、10、大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1、89 eV、10、2 eV、12、09 eV、跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为－13、6 eV)、答案 2 －1、51解析由于原子发生跃迁时放出三种不同能量的光子，故跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，即分布在n＝2、n＝3两个能级上，因为放出光子的最大能量为12、09 eV，由E3－E1＝12、09 eV，得E3＝－1、51 eV，故最高能级的能量值是－1、51 eV、11、有一群氢原子处于n＝4的能级上，已知氢原子的基态能量E1＝－13、6 eV，普朗克常量h＝6、6310－34 Js，求：(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？画出能级跃迁图、(2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？答案6种能级跃迁图见解析图(2)3、11015 Hz解析这群氢原子的能级图如图所示，由图可以判断，这群氢原子可能发生的跃迁共有6种，所以它们的谱线共有6条、(2)频率最大的光子能量最大，对应的跃迁能级差也最大，即从n＝4跃迁到n＝1发出的光子能量最大，由hν＝－E1(－)，代入数据解得ν＝3、11015 Hz、。

3.1 电子的发现及其重大意义构的重大意义。

一、关于阴极射线的争论1．在阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去玻璃管内的空气，管内稀薄气体放电可以看到发光放电现象。

把玻璃管抽成真空，管内变暗，不再发光，但此时由阴极发出的射线能使荧光物质发光。

2．阴极射线的研究引发的三大发现1895年伦琴发现了X 射线；1896年贝克勒尔发现了放射性；1897年J.J.汤姆生发现了电子。

预习交流1阴极射线管中的气体为什么会放电？答案：气体分子是由正、负电荷组成的，且正负电荷量相等，通常它们不显电性。

但它们的正、负电荷在强电场力作用下会被“撕”开，气体中有了自由电荷，气体就导电了。

二、汤姆生的发现1．汤姆生对阴极射线本质的研究 （1）用静电计检测收集到的粒子，证明它是带负电的粒子流。

（2）通过巧妙实验，利用电场力与洛伦兹力平衡，确定了阴极射线的速度，并测出粒子的比荷。

（3）换用不同材料的阴极，所得粒子的比荷都相同，这说明该粒子是各种物质共有的，是物质的组成部分。

（4）测出这种粒子所带的电荷量与氢离子所带的电荷量接近，质量小于氢原子质量的千分之一。

2．结论：阴极射线是一种带负电的质量很小的粒子流。

预习交流2阴极射线是一种带电粒子，利用电场或磁场能确定粒子的电性吗？答案：能。

因为带电粒子在电场或磁场中能受到电场力或磁场力的作用，电性不同的带电粒子受力方向相反，偏转方向相反。

三、电子发现的重大意义电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念，即原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。

一、对阴极射线本质的认识历史上曾做过这样一个实验，装置如图所示，给阴极射线管加上高压，将一条形磁铁靠近阴极射线管，发现射线发生了弯曲。

你知道实验取得了什么样的结果？答案：根据弯曲的情况说明阴极射线带了负电，后来证实是电子流，从而揭开了原子结构的秘密。

关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）。

A ．阴极射线的本质是氢原子B ．阴极射线的本质是电磁波C ．阴极射线的本质是电子D ．阴极射线的本质是X 射线答案：C解析：汤姆生的实验证明了阴极射线是电子流，关于阴极射线是电磁波还是X 射线的说法都是在研究阴极射线过程中的一些假设，实验证明这些说法是错误的。

第3章原子世界探秘[自我校对]①枣糕②α粒子③几乎全数质量④高速旋转⑤hν＝E m－E n ⑥r n＝n2r1 ⑦E n＝1n2E1____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________两个重要的物理思想方法1.模型法人们对原子结构的熟悉经历了几个不同的阶段，其中有汤姆生模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型.图3­12.假设法假设法是学习物理规律常常利用的方式，前边咱们学过的安培分子电流假说，此刻大家知道从物质微观结构来看是正确的，它就是核外电子绕核旋转所形成的电流.在那时的实验条件下是“假说”.玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的，他的成功在于引入量子理论，局限性在于保留了轨道的概念，没有完全离开经典物理学框架.卢瑟福的α粒子散射实验说明了下列哪一种情况( )A.原子内的正电荷全数集中在原子核里B.原子内的正电荷均匀散布在它的全数体积上C.原子内的正负电荷是一对一整齐排列的D.原子的几乎全数质量都集中在原子核里E.原子内部是十分“空旷”的【解析】卢瑟福的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转，这是原子中带正电部份作用的结果，由于大角度偏转的α粒子数极少，说明原子中绝大部份是空的，带正电部份的体积很小，带负电的电子绕核运动的向心力即是原子查对它的引力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全数正电荷和几乎全数质量，选项A、D、E正确.【答案】ADE玻尔理论1.玻尔原子模型(1)量子化观点：电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐射或吸收光子的频率都只能是分立的、不持续的值.(2)对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态.(3)定态观点：电子在某一可能轨道上运动时，原子是不向外辐射电磁波的，轨道与能量是稳定的.(4)跃迁观点：能级跃迁时辐射或吸收光子的能量，hν＝E m－E n(m＞n).(5)①原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁.②若是入射光的能量E≥ eV，原子也能吸收光子，则原子电离.③用粒子碰撞的方式使原子能级跃迁时，粒子能量大于能级差即可.2.跃迁与光谱线原子处于基态时，原子是稳定的，但原子在吸收能量跃迁到激发态后，就不稳定了，这时就会向低能级定态跃迁，而跃迁到基态，有时是经多次跃迁再到基态.一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：N＝C2n＝n n－1.2将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态离开原子核的束缚而成为自由电子.【导学号：】(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？(2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？(电子电荷量e＝×10－19 C，普朗克常量h＝×10－34J·s，电子质量m e＝×10－31 kg) 【解析】(1)n＝2时，E2＝－错误! eV＝－ eV，所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0.所以，要使处于n＝2激发态的原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝ eVν＝ΔE h＝错误! Hz≈×1014 Hz. (2)波长为200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量E 0＝hν＝×10－34×3×108200×10－9 J ＝×10－19 J电离能ΔE ＝××10－19 J ＝×10－19 J由能量守恒hν－ΔE ＝12m e v 2 代入数值解得v ≈×105m/s.【答案】 (1)×1014 Hz (2)×105 m/s(1)氢原子在某激发态的电离能大小等于该能级的能量值.(2)电子电离后如有多余的能量将以电子动能的形式存在.1.(2016·山东省实验中学检测)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )A.在实验中观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过90°，有的乃至被弹回B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转，当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部份D.实验表明：原子中心的核带有原子的全数正电荷和原子的全数质量E.α粒子散射是估量核半径的最简单的方式【解析】 由α粒子散射实验结果知，A 正确；由于电子的质量远小于α粒子的质量，对α粒子的运动影响极小，使α粒子发生明显偏转的是原子核的斥力，B 错误；实验表明：原子具有核式结构，核极小，但含有全数的正电荷和几乎所有的质量，按如实验可以肯定核半径的数量级，C 、E 正确，D 错误.【答案】 ACE2.(2016·大连一中检测)μ子与氢原子核(质子)组成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用.如图3­2为μ氢原子的能级示用意，假定光子能量为E 的一束光照射容器中大量处于n ＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E 等于( )图3­2(ν3－ν1) (ν3＋ν1)ν3(ν6－ν4)(ν1＋ν2)【解析】μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－、D、E正确.【答案】CDE3.(2016·福州一中检测)欲使处于基态的氢原子激发，下列办法可行的是( )A.用 eV的光子照射B.用13 eV的光子照射C.用14 eV的光子照射D.用13 eV的电子碰撞E.用 eV的电子碰撞【解析】由跃迁条件知氢原子受激发跃迁时只能吸收能量值恰好等于某两能级之差的光子.按照氢原子能级图不难算出 eV恰好为氢原子n＝1和n＝3的两能级差，而13 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因此氢原子只能吸收前者而不能吸收后者；对于14 eV的光子则足以使氢原子电离，电离后的自由电子还具有 eV的动能.至于13 eV的电子碰撞，它的能量可以部份被氢原子吸收而使氢原子激发，而 eV的能量小于n＝1和n＝2的两能级差.综上所述，选项A、C、D正确.【答案】ACD4.(2016·南京一中检测)欲使处于基态的氢原子电离，下列办法可行的是( )A.用 eV的光子照射B.用15 eV的光子照射C.用 eV的电子碰撞D.用15 eV的电子碰撞E.用 eV的电子碰撞【解析】基态氢原子的电离能为 eV，则 eV的光子被吸收，氢原子恰好电离，同理15 eV的光子和15 eV的电子碰撞都可供氢原子电离.至于 eV的电子，由于电子和氢原子质量不同，因此二者碰撞时电子不可能把 eV的能量全数传递给氢原子，因此用 eV的电子碰撞氢原子时氢原子不能电离。