还剩7页未读,继续阅读
文本内容:
第十八章原子结构本章优化总结 原子核式结构模型卢瑟福核式结构模型是建立在α粒子散射实验基础上,其考查主要从以下两方面1α粒子散射实验的考查主要是散射实验装置包括仪器作用的简单描述、实验现象、现象分析和结论以及实验意义的考查.α粒子散射实验是物理学发展史上一个重要的实验,实验结果使人们对于物质结构的观念发生了根本性变化,从而否定了汤姆孙的原子结构的枣糕模型,卢瑟福核式结构模型建立的实验依据绝大多数α粒子穿过金箔基本上不发生偏转;少数发生偏转;极少数发生大角度偏转.2卢瑟福核式结构模型的考查主要是核式结构内容的描述和理解,并且知道原子是由原子核和电子组成的.特别是能从力的角度、功能关系角度分析求解有关圆轨迹或曲线运动的轨迹问题. 选项图所示为在α粒子散射实验中,一束α粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是 [解析] A选项中2应该比1有较大偏转,3应该比4有较大偏转;B选项中
2、3的偏转方向错误;C选项中3的偏转方向错误;在D选项中,
2、4发生了明显偏转,3离核最近,发生大角度偏转,则只有D正确.[答案] D
1.2017·上海模拟关于卢瑟福的α粒子散射实验,下列叙述中与得到的实验结果相符的是 A.所有α粒子穿过金箔后偏转角度都很小B.大多数α粒子发生较大角度的偏转C.向各个方向运动的α粒子数目基本相等D.极少数α粒子产生超过90°的大角度偏转解析选D.当α粒子穿过原子时,电子对α粒子影响很小,影响α粒子运动的主要是原子核,离核远则α粒子受到的库仑斥力很小,运动方向改变小.只有当α粒子与核十分接近时,才会受到很大库仑斥力,而原子核很小,所以α粒子接近它的机会就很少,所以只有极少数大角度的偏转,而绝大多数基本按直线方向前进,实验结果是离金原子核远的α粒子偏转角度小,离金原子核近的α粒子偏转角度大,正对金原子核的α粒子被返回,故A、B、C错误,D正确. 玻尔理论与能级跃迁1.氢原子的半径公式rn=n2r1n=1,2,3,…,其中r1为基态半径,又称玻尔半径,r1=
0.53×10-10m.2.氢原子的能级公式氢原子的能级公式En=E1n=1,2,3,…,其中E1为基态能量,E1=-
13.6eV.3.氢原子的能级图,如图所示1能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态.2横线左端的数字“1,2,3,…”表示量子数,右端的数字“-
13.6,-
3.4,…”表示氢原子的能级.3相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小.4带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁条件为hν=Em-En. 已知氢原子基态的电子轨道为r1=
0.528×10-10m,量子数为n的能级值为En=-eV.1求电子在基态轨道上运动时的动能.2有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线.3计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.其中静电力常量k=
9.0×109N·m2/C2,电子电荷量e=
1.6×10-19C,普朗克常量h=
6.63×10-34J·s,真空中光速c=
3.0×108m/s[思路点拨]解决此类问题的关键在于找出各物理量之间的关系,正确的运用动能公式及能级跃迁的公式.[解析] 1设电子的质量为m,电子在基态轨道上的速率为v1,根据牛顿第二定律和库仑定律有meq\fvr1=eq\fke2r所以Ek=mv==J≈
2.18×10-18J≈
13.6eV.2当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时,可以得到3条光谱线.如图所示.3与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E
1.λ==m≈
1.03×10-7m.[答案]
113.6eV 2见解析图
31.03×10-7m原子跃迁条件hν=Em-En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.对于光子和原子作用而使原子电离时,只要入射光的能量E≥
13.6eV,原子就能吸收.对于实物粒子与原子作用使原子激发时,粒子能量大于或等于能级差即可.原子跃迁发出的光谱线条数N=C=,是一群氢原子,而不是一个,因为某一个氢原子有固定的跃迁路径.
2.如图为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子 A.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B.从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大C.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的D.从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量解析选A.氢原子从高能级跃迁到低能级辐射一定频率的光子.Em-En=hν,能级差值越大辐射光子的频率越大,波长越短,E4-E3E3-E2,所以A项正确;辐射出的电磁波速度一样大,B项错误;处在不同能级核外电子出现的概率不一样,能级越低,概率越大,C项错误;氢原子由高能级向低能级跃迁时氢原子一定放出能量,而不是氢原子核,故D项错误.对本章中的考查热点主要有以下几点
①玻尔能级公式的应用;
②能级跃迁问题的综合判断;
③原子能级跃迁的能量计算;
④原子能级跃迁的谱线分析;
⑤玻尔假设的迁移与应用等. 10分某金属恰能发生光电效应时对应的最大波长等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的波长.现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光去照射,则从该金属表面逸出的光电子最大初动能是多少电子伏?[解析] 设氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级发出的光子波长为λ0,由n=2能级跃迁到n=1能级发出的光子波长为λ,则E4-E2=h,3分E2-E1=h.3分根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能为Ek=h-h=2E2-E1-E4=2×-
3.4eV+
13.6eV+
0.85eV=
7.65eV.4分[答案]
7.65eV章末过关检测三时间60分钟,满分100分
一、单项选择题本题共6小题,每小题6分,共36分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确1.关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系,下列说法正确的是 A.卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的“枣糕模型”是错误的B.卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论C.卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性D.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”理论解析选D.卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布,并非为了验证汤姆孙模型是错误的,A错误;卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论,B错误;卢瑟福做了α粒子散射实验后,由实验现象而提出了“核式结构”理论,C错误,D正确.2.2017·南京高二检测关于线状谱,下列说法中正确的是 A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同C.每种原子在任何外界条件下发光的线状谱都相同D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同解析选C.每种原子在任何外界条件下的线状谱都相同,不同原子的线状谱不同.3.2017·天津七校联考一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子 A.放出光子,能量增加 B.放出光子,能量减少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量减少解析选B.氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出光子,能量减少,故选项B正确,选项A、C、D错误.4.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.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是 解析选C.根据ΔE=hν,ν=,可知λ==,能级差越大,波长越小,所以a的波长最小,b的波长最大,答案选C.5.如图甲所示为氢原子的能级,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的能级时的辐射光,则谱线b是氢原子 A.从n=3的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光B.从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光C.从n=4的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光D.从n=2的能级跃迁到n=1的能级时的辐射光解析选B.从氢原子光谱图上可以看出谱线a、b相邻且波长λbλa,则谱线b光子的频率大于谱线a光子的频率,产生谱线b的能级差仅大于产生谱线a的能级差,所以B正确.6.有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B,A静止,B以速度v0与它发生碰撞.已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上,碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收,从而使该原子由基态跃迁到激发态,然后此原子向低能级跃迁,并放出光子.若氢原子碰撞后放出一个光子,已知氢原子的基态能量为E1E10.则速度v0至少为 A. B.C.D.解析选C.由动量守恒定律有mv0=2mv,碰撞过程损失的动能为ΔE=mv-·2mv2,由能级跃迁知识有ΔE至少为由n=2的能级跃迁至基态时的能量变化,则ΔE=E2-E1=-E1,联立解得v0=,故C正确.
二、多项选择题本题共4小题,每小题6分,共24分.在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选或不答的得0分7.根据光谱的特征谱线,可以确定物质的化学组成和鉴别物质,以下说法正确的是 A.线状谱中的明线是特征谱线,吸收光谱中的暗线不是特征谱线B.线状谱中的明线不是特征谱线,吸收光谱中的暗线是特征谱线C.线状谱中的明线与吸收光谱中的暗线是特征谱线D.同一元素的线状谱的明线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的解析选CD.根据光谱理论知,明线光谱与吸收光谱都能表示元素的特点,都是元素的特征谱线,而同一元素的线状谱与吸收光谱都是一一对应的,C、D正确.8.氢原子的核外电子由离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,电子的动能增加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.氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,r减小,由库仑定律知核外电子受力变大,A错;由k=m得Ek=mv2=知电子的动能变大,由En=-eV知n减小时原子能量减少,B对;电子由高能级向低能级跃迁时放出一定频率的光子,C错,D对.9.欲使处于基态的氢原子激发或电离,下列措施可行的是 A.用
10.2eV的光子照射 B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用10eV的光子照射解析选AC.由氢原子能级图可求得E2-E1=-
3.4eV--
13.6eV=
10.2eV,即
10.2eV是第二能级与基态之间的能量差,处于基态的氢原子吸收
10.2eV的光子后将跃迁到第一激发态,可使处于基态的氢原子激发,A项正确;Em-E1≠11eV、Em-E1≠10eV,即不满足玻尔理论关于跃迁的条件,B、D项错误;要使处于基态的氢原子电离,照射光的能量须不小于
13.6eV,而14eV
13.6eV,故用14eV的光子照射可使基态的氢原子电离,C项正确.10.用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为nn2的激发态,此时出现的氢光谱中有N条谱线,其中波长的最大值为λ.现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到N′条,其中波长的最大值变为λ′.下列各式中可能正确的是 A.N′=N+nB.N′=N+n-1C.λ′λD.λ′λ解析选AC.氢原子处于n能级向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为N=C=.设氢原子被激发到量子数为n′的激发态时出现的氢光谱中有N′条谱线,若n′=n+1,N′==N+n,故A项正确.氢原子能级越高相邻能级差越小,由ΔE=,n′n,则ΔE′ΔE,所以λ′λ,故C项正确.
三、非选择题本题共3小题,共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位11.20分汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷电子电荷量与质量之比,其实验原理如图所示.电子流平行于极板射入,极板P、P′间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ=rad.已知极板长L=
3.0×10-2m,电场强度大小为E=
1.5×104V/m,磁感应强度大小为B=
5.0×10-4T.求电子比荷.解析无偏转时,洛伦兹力和电场力平衡,则eE=evB只存在磁场时,有evB=m,由几何关系r=偏转角很小时,r≈联立上述各式并代入数据得电子的比荷=≈
1.3×1011C/kg.答案
1.3×1011C/kg12.20分将氢原子电离,就是从外部给电子以能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子.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200nm的紫外线照射氢原子,求氢原子电离后电子的速度多大?电子电荷量e=
1.6×10-19C,电子质量me=
0.91×10-30kg解析1n=2时,E2=eV=-
3.4eV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激发态的氢原子电离,电离能为ΔE=E∞-E2=
3.4eVν==Hz≈
8.21×1014Hz.2波长为200nm的紫外线一个光子所具有的能量E0=h·ν0=
6.63×10-34×J=
9.945×10-19J电离能ΔE=
3.4×
1.6×10-19J=
5.44×10-19J由能量守恒hν0-ΔE=mv2代入数值解得v≈
9.95×105m/s.答案
18.21×1014Hz
29.95×105m/s。