高中物理模块要点回眸第10点分析氢原子跃迁问题的步骤素材沪科版选修3_5

射实验。
2.经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的 的 分立特征 。
稳定性
，又无法解释原子光谱
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课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
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第3节 氢原子光谱
学习目标
核心提炼
1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。 3个概念——光谱
2.知道氢原子光谱的实验规律。 3.知道经典物理学的困难在于无法解释原子的稳定性和光 线状谱 连续谱
思维判断 (1)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条 重要途径。( ) (2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光。( ) (3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)×
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3.特征谱线：各种原子的发射光谱都是 线状谱 ，说明原子只发出几种_特__定___频__率__的 光，不同原子的亮线位置 不同 ，说明不同原子的 发光频率 不一样，光谱中的亮 线称为原子的 特征谱线 。

知识点1、氢原子能级图(1)能级图：如图所示。

(2)辐射条件：hν＝E m －E n 。

(3)辐射光谱线条数：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：N ＝C 2n ＝n （n －1）2。

2、解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。

(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。

(3)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N ＝C 2n ＝n （n －1）2。

★★★能级跃迁时吸收光子的能量和吸收实物粒子的能量是不同的。

1、关于光谱，下列说法中正确的是( )A、炽热的液体发射连续光谱B、明线光谱和暗线光谱都可以对物质进行分析C、太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D、发射光谱一定是连续光谱2、对于原子光谱，下列说法正确是（）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，所以各种原子的光谱是相同的C、各种原子的原子结构不同，所以各种原子的光谱也是不同的D、分析物质发光体的光谱，可以鉴别物质中含那种元素3、太阳光谱中有许多暗线，他们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于（）A、太阳表面大气中缺少相应的元素B、太阳内部缺少相应的元素C、太阳表面大气层中存在着相应元素D、太阳内部存在相应元素4、氢原子放出一个光子后，根据玻尔理论，氢原子的( )A．核外电子的电势能增大B．核外电子的动能增大C．核外电子的转动周期变大D．氢原子的能量增大5、对玻尔理论的评论和议论，正确的是（）A．玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动B．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础C．玻尔理论的成功之处是引入量子观念D．玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念6、根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则（）A．电子轨道半径越小B．核外电子运动速度越大C．原子能量越大D．电势能越小7、氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则() A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν18、可见光光子的能量在1.61eV~3.10eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n为（）A．1B．2C．3D．49、(2016·河北廊坊质量监测)(多选)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示．当某个He＋处在n＝4的激发态时，由于跃迁所释放的光子可能有几个()A．1个B．2个C．3个D．6个10、如图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()A.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E1D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E411、下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，下列说法中正确的是（）A．最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃到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6.34eV的金属铂能发生光电效应12、如图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，则下列说法中正确的是（）A．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E413、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14、(多选)(2017·北京二模)图4为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()A.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的B.一群氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时最多能发出10种频率的光C.从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长D.处于基态的氢原子和具有13.6 eV能量的电子发生碰撞时恰好电离15、μ子与氢原子核（原子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogen muon atom），它在原子核物理的研究中有重要作用.图为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v1、v2、v3、v4、v5和v6的光，且频率依次增大，则E等于（）A．h（v3－v1）B．h（v5+v6）C．hv3D．hv416、氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，一条红色、一条蓝色、两条紫色，它们分别是从n=3，4，5，6能级到n=2能级跃迁时产生的，则下列说法中错误的是（）A．红色光谱是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的C．若从n=6能级向n=1能级跃迁时，则能够产生紫外线D．若原子从n=6能级向n=1能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则原子从n=6能级向n=2能级跃迁时将可能使该金属发生光电效应17、如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。

第13点两类核衰变在磁场中的径迹静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m1v1＝m2v2和r＝错误!知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特α衰变错误!X→错误!Y＋42He匀强磁场中轨迹两圆外切,α粒子半径大β衰变错误!X→错误!Y＋错误!e匀强磁场中轨迹两圆内切，β粒子半径大图1对点例题在匀强磁场中,一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片（如图1所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44.则：(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？（2）图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)解题指导(1）设衰变后新生核的电荷量为q1，α粒子的电荷量为q2＝2e,它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别为v1和v2,所以原来原子核的电荷量q＝q1＋q2.根据轨道半径公式有错误!＝错误!＝错误!，又由于衰变过程中遵循动量守恒定律,则m1v1＝m2v2，以上三式联立解得q＝90e。

即这个原子核原来所含的质子数为90.(2）因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹,圆轨道1是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反．答案(1)90 (2）见解题指导特别提示由本题解答过程可知,当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变时，大圆轨道一定是带电粒子（α粒子或β粒子）的，小圆轨道一定是反冲核的．α衰变时两圆外切,β衰变时两圆内切．如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针．一个静止的放射性同位素的原子核错误!P衰变为错误!Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核错误!Th衰变为错误!Pa，在同一磁场中,得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图2所示，则这四条径迹依次是( ）图2A．电子、错误!Pa、错误!Si、正电子B.错误!Pa、电子、正电子、错误!SiC.错误!Si、正电子、电子、错误!PaD．正电子、30，14Si、234， 91Pa、电子答案B解析错误!P→错误!Si＋错误!e（正电子)，产生的两个粒子，都带正电,应是外切圆,由R＝mv，电荷量大的半径小,故3是正电子,4是3014Si.错误!Th→错误!Pa＋错误!e（电子）,产生的两个qB粒子，一个带正电,一个带负电，应是内切圆，由R＝错误!知，电荷量大的半径小，故1是234，Pa,2是电子，故B项正确．91尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。

学习目标知识脉络1.知道汤姆生的原子枣糕模型的建立依据以及具体内容．2．知道α粒子散射实验方法以及实验结果．(重点)3．理解原子的核式结构模型以及对α散射实验现象的解释．(重点、难点)汤姆生模型和α粒子散射实验[先填空]1．汤姆生的原子模型汤姆生在1904年提出原子的枣糕模型：原子是一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，电子像枣糕上的枣子一样嵌在球中，被正电荷吸引着．原子内正、负电荷相等，原子整体呈中性．2．α粒子散射实验(1)实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏．(2)实验现象：①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．②少数α粒子发生了大角度的偏转．③极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来．(3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆生的原子模型，建立了核式结构模型．[再判断]1．卢瑟福为了证实汤姆生原子模型的正确性进行了α粒子散射实验．(√)2．α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．(×)3．卢瑟福否定了汤姆生模型，建立了原子核式结构模型．(√) [后思考]1．α粒子发生大角度散射的原因是什么？【提示】α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．2．汤姆生的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？【提示】按照汤姆生的“枣糕”原子模型，α粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不产生偏转；如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，α粒子偏转很小；如果α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹．所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆生的原子模型．[核心点击]1．装置放射源、金箔、荧光屏等，如图3­2­1所示．图3­2­12．现象及解释(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．大多数α粒子离金原子核较远．(2)少数α粒子发生较大的偏转．发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核．3．实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行．(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄．并且金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显．1．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )A．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动B．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的C．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光D．不用荧光屏也可用显微镜直接观察α粒子散射情况【解析】本题考查α粒子散射实验装置及其作用，只有在正确理解α粒子散射实验的基础上，才能选出正确选项．对于C项，考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，C 错误，A、B正确；α粒子必须借助于荧光屏观察，D错误．【答案】AB2．如图3­2­2为卢瑟福所做的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，下列说法中正确的是( )图3­2­2A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C．放在D位置时屏上观察不到闪光D．放在C位置时屏上观察不到闪光【解析】在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确．少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、C、D错误．【答案】A解决α粒子散射实验问题的技巧(1)熟记实验装置及原理．(2)理解建立核式结构模型的要点．①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．②汤姆生的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．③少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用．④绝大多数α粒子在穿过金箔时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内．卢瑟福的原子核式结构模型[先填空]1．核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕着核旋转．2．原子核的电荷和尺度(1)根据核式结构模型推导出α粒子的散射公式可计算各种元素原子核的电荷量，其值非常接近于原子序数．(2)由α粒子散射实验的数据还可估计原子核的尺度．原子核半径的数量级为10－15 m而原子半径的数量级为10－10 m，原子内部非常“空旷”．[再判断]1．原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)2．原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)3．核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)[后思考]1．原子中的原子核所带的电荷量有何特点？【提示】原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量绝对值相等．2．卢瑟福的原子模型是如何解释α粒子散射实验结果的？【提示】α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向也改变很小．只有当α粒子十分接近核时，才受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转．由于核很小，α粒子十分接近的机会很小，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度偏转．[核心点击]1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别．核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数．3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．3．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子【解析】原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B 对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对．【答案】BCD4．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的α粒子( ) A．更接近原子核α粒子散射实验中的力电问题分析(1)库仑定律：F＝k，用来分析α粒子和原子核间的相互作用力．(2)牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化．(3)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化．。