【新步步高】2015-2016学年高二物理人教版选修3-5学案：第十八章-原子结构5页5页

章末整合一、对粒子散射实验及核式结构模型的理解1粒子散射实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，但有少数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”2核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转例1关于粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是()A绝大多数粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是粒子受力平衡的结果B绝大多数粒子沿原方向运动，说明这些粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的C极少数粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D极少数粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对粒子的吸引力很大答案BC解析在粒子散射实验中，绝大多数粒子沿原方向运动，说明粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数发生大角度偏转，说明受到金原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于粒子，粒子打在电子上，粒子不会有明显偏转，故C对，D错二、对玻尔原子结构理解1氢原子的能级对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也不同原子各能级的关系为En (n1，2，3)对于氢原子而言，基态能级：E113.6 eV2氢原子的能级图氢原子的能级图如图1所示 图1例2已知氢原子基态的电子轨道半径为r10.5281010 m，量子数为n的能级值为En eV.(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线；(3)计算这几种光谱线中最短的波长(静电力常量k9109 Nm2/C2，电子电荷量e1.61019 C，普朗克常量h6.631034 Js，真空中光速c3.0108 m/s)答案见解析解析(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则，又知Ekmv2，故电子在基态轨道上运动的动能为：Ek J2.181018 J13.6 eV.(2)当n1时，能级值为E1 eV13.6 eV.当n2时，能级值为E2 eV3.4 eV.当n3时，能级值为E3 eV1.51 eV.能发出的光谱线分别为32，21，31共3种，能级图如图所示(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短hE3E1，又知，则有 m1.03107 m.针对训练1按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是()A第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为：rmrnm2n2B第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为：EmEnn2m2C电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是，则其发光频率也是D若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为答案AB解析由氢原子核外电子轨道半径公式：rnn2r1，轨道半径与量子数的平方成正比，所以rmrnm2n2，A选项正确氢原子的能量公式：EnE1可见氢原子的能量与量子数的平方成反比，所以EmEnn2m2，B选项正确根据玻尔的原子理论，只有核外电子发生能级跃迁时，才能发射某一频率的光，所以C、D选项不正确三、原子的能级跃迁与电离1能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：高能级Em低能级En2当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能3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全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁例3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脱离原子核的束缚而成为自由电子(1)若要使n2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多大？(电子电荷量e1.61019 C，普朗克常量h6.631034 Js，电子质量me9.11031 kg)答案(1)8.211014 Hz(2)9.95105 m/s解析(1)n2时，E2 eV3.4 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，E0.所以，要使处于n2激发态的原子电离，电离能为EEE23.4 eV Hz8.211014 Hz(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量E0h6.631034 J9.9451019 J电离能E3.41.61019 J5.441019 J由能量守恒hEmv2代入数值解得v9.95105 m/s针对训练2一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？答案能1.4 eV解析氢原子从基态n1处被完全电离至少吸收13.6 eV的能量所以15 eV的光子能使之电离，由能量守恒可知，完全电离后还剩余动能Ek15 eV13.6 eV1.4 eV.