2018-2019高中物理第十八章原子结构章末小结学案新人教版选修.doc

2018-2019高中物理第十八章原子结构章末小结学案新人教版选修一、原子核式结构模型1粒子散射实验(1)实验装置：如下图所示。(2)实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径，全部设备装在真空环境中，因为粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米。显微镜可在底盘上旋转，可在360的范围内进行观察。(3)实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回。粒子的大角度散射现象无法用汤姆孙的原子模型解释，粒子散射实验的结果揭示了：原子内部绝大部分是空的；原子内部有一个很小的“核”。2核式结构模型对粒子散射实验的解释(1)因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而大部分粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变。(2)只有少数粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转。3核式结构学说(1)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的质量都集中在原子核内，电子绕核运转。(2)电子由离核近的轨道跃迁到离核远的轨道，能量增加，电势能增加，动能减少，受到的库仑力变小。典例1(上海理工大学附中xxxx高二下学期期中)如图所示为卢瑟福粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是(C)A在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C卢瑟福选用不同金属箔片作为粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D粒子发生散射的主要原因是粒子撞击到金原子后产生的反弹解题指导：以“粒子散射实验”的现象和核式结构模型入手解答。解析：放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数极少，说明极少粒子发生大角度偏折，故B错误；选用不同金属箔片作为粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；主要原因是粒子接近金原子后，因库仑力作用，且质量较大，从而出现的反弹，故D错误。二、氢原子光谱问题1氢原子的能级图(1)能级图如图所示：(2)能级图中相关量意义的说明相关量表示意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态横线左端的数字“1,2,3”表示量子数横线右端的数字“13.6，.40”表示氢原子的能级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，原子跃迁的条件为hEmEn2氢原子的能级跃迁(1)氢原子的能级原子各能级的关系为：En(n为量子数，n1,2,3，)对于氢原子而言，基态能级：E113.6 eV。(2)氢原子的能级跃迁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En。典例2(重庆十一中xxxx高二下学期检测)如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n4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(D)A这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B由n2能级跃迁到n1能级产生的光频率最小C由n4能级跃迁到n1能级产生的光最容易发生衍射现象D用n2能级跃迁到n1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解题指导：根据氢原子能级跃迁规律分析求解。解析：处于n4能级的氢原子能发射6种频率的光，故A错误；核外电子从高能级n向低能级m跃迁时，辐射的光子能量EEnEmh，故能级差越大，光子的能量也越大，即光子的频率越大，根据可知频率越大，波长越小，又波长越大，越易发生明显的干涉和衍射现象。由图可知当核外电子从n4能级跃迁到n3能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，波长最大，故最易发生衍射现象，故B、C错误；由n2能级跃迁到n1能级辐射出的光子能量为E3.4(13.6)10.2eV，大于6.34eV，能使该金属发生光电效应，故D正确。近几年高考对本章内容考查较少，考查重点是粒子散射实验、玻尔理论、氢原子光谱及氢原子的能级结构，有时单独考查，有时与其他知识综合考查。考查形式有选择题、填空题。一、考题探析例题(xx天津卷，5)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H、H、H和H，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定(A)AH对应的前后能级之差最小B同一介质对H的折射率最大C同一介质中H的传播速度最大D用H照射某一金属能发生光电效应，则H也一定能解析：A对：根据Ehh，波长越长，光子的频率越低，由EmEnh，知H对应的两能级之差最小；B错：光在同一介质中传播，频率越高，折射率越大，故H的折射率最大，H的折射率最小；C错：根据n得v，则折射率越大，传播速度越小，故在同一介质中H的传播速度最小；D错：光的频率越高，越容易发生光电效应，由于H的频率小于H的频率，H能使某一金属发生光电效应，而H则不一定能。二、临场练兵1(多选)(xx海南物理，17)下列说法正确的是(ACD)A爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C玻尔成功地解释了氢原子光谱的实验规律D卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型E德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长解析：爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确；卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故D正确；德布罗意波波长为：，其中p为微粒的动量，故动量越大，则对应的波长越短，故选项E错误。2(xx北京理综，13)处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(C)A1种 B2种C3种 D4种解析：大量氢原子从n3能级向低能级跃迁时，能级跃迁图如图所示，有3种跃迁情况，故辐射光的频率有3种，选项C正确。3(多选)(xx浙江卷，15)氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是(可见光的波长范围4.01077.6107m，普朗克常量h6.61034Js，真空中的光速c3.0108m/s) (BC)A氢原子从高能级跃迁到基态时会辐射射线B氢原子处在n4能级，会辐射可见光C氢原子从高能级向n3能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应D氢原子从高能级向n2能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89eV解析：射线是原子核通过衰变产生的高能电磁波，与核外电子无关，则选项A错误；Ehh，可得可见光光子的能量范围为1.633.09eV，由题图可知从n4能级跃迁到n2能级，E4E22.55eV，处在可见光光子的能量范围内，则选项B正确；从高能级向n3能级跃迁时辐射出光子的最大能量为E1.51eVvbvc，EbEaEcBvbvcva，EbEaEcCvbvavc，EbEaEcDvbvaEaEc解析：金原子核和粒子都带正电，粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功，它的动能增大，速度增大，电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系为vbvaEaEc。4(江苏徐州市xxxx高二下学期期末)如图所示为氢原子能级示意图的一部分，一群原来处于n4能级的氢原子跃迁到n1能级的过程中(B)A放出三种频率不同的光子B放出六种频率不同的光子C氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将减小D从n4的能级跃迁到n3的能级时，辐射出的光子的波长最短解析：根据C6知，氢原子可能辐射6种频率的光子，故A错误，B正确；核外电子从高轨道跃迁到低轨道运转动能增大，C错误；根据Eh可知选项D错误。5粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞影响，是因为(C)A粒子与电子根本无相互作用B粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D电子很小，粒子碰撞不到电子解析：粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有粒子质量的1/7300，碰撞时对粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就象一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故答案为C。6如图(1)所示为氢原子的能级，图(2)为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n4的能级跃迁到n2的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子(B)A从n3的能级跃迁到n2的能级时的辐射光B从n5的能级跃迁到n2的能级时的辐射光C从n4的能级跃迁到n3的能级时的辐射光D从n1的能级跃迁到n2的能级时的辐射光解析：由图(2)看出b谱线对应的光的频率大于a谱线对应的光的频率，而a谱线是氢原子从n4能级跃迁到n2能级时的辐射光，所以b谱线对应的能级差应大于n4与n2间的能级差，故选项B正确。7(浙江省湖州市xxxx高二下学期期末)如图为氢原子能级图，用波长为1的a光照射一群处于基态的氢原子，发出3种频率的光；用波长为2的b光照射一群处于基态的氢原子，能发出6种频率的光。则(CD)Aa光的波长1小于b光的波长2Ba光、b光同时照射一群基态氢原子能发出9种频率的光Ca光、b光同时照射一群基态氢原子发出的所有光中，波长最短的是2Da光、b光同时照射一群基态氢原子发出的所有光中，光子能量差最大值为12.09eV解析：用波长为1的a光照射一群处于基态的氢原子，发出3种频率的光，说明跃迁到了n3能级，即E3E1；同理用波长为2的b光照射一群处于基态的氢原子，能发出6种频率的光，说明跃迁到了n4能级，即E4E1；则a光的波长1大于b光的波长2，选项A错误；a光、b光同时照射一群基态氢原子同样只能发出6种频率的光，选项B错误；a光、b光同时照射一群基态氢原子发出的所有光中，频率最大的是从n4到n1，即波长最短的是2，选项C正确；a光、b光同时照射一群基态氢原子发出的所有光中，光子能量最大值为从n4到基态的跃迁，对应的能量为(0.85eV)(13.6eV)12.75eV；光子能量最小为n4到n3的跃迁，对应的能量为(0.85eV)(1.51eV)0.66eV；光子能量差最大值为12.75eV0.66eV12.09eV，选项D正确。8(南昌xxxx高二下学期检测)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是(AC)A若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转解析：实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B的说法错误；加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，因而选项D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A的说法正确。9氢原子的能级图如图甲所示，一群处于基态的氢原子受到光子能量为12.75eV的紫外线照射后而发光。从这一群氢原子所发出的光中取一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为相互分离的x束光，这x束光都照射到逸出功为4.8eV的金属板上(如图乙所示)，在金属板上有y处有光电子射出，则有(BC)Ax3Bx6Cy3Dy6解析：处于基态的氢原子吸收能量为12.75eV紫外线光子后跃迁到n4的激发态，这样氢原子将辐射出6种能量的光子，其中有3种光子的能量大于该金属板的逸出功(4.8eV)，所以x6，y3，故选项B、C正确。10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E1(E10)。则速度v0可能为(CD)A BC D解析：由动量守恒定律有mv02mv，碰撞过程损失的动能为Emv2mv2，由能级跃迁知识有E至少为由n2的能级跃迁至基态时的能量变化，则EE2E1E1，联立解得v0，故选项C、D正确。第卷(非选择题共60分)二、填空题(共2小题，每小题7分，共14分。把答案直接填在横线上)11按照玻尔原子理论，氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道，要_吸收_(选填“释放”或“吸收”)能量。已知氢原子的基态能量为E1(E10)，电子的质量为m，则基态氢原子的电离能为_E1_，基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子后被电离，电离后电子的速度大小为_v_。解析：氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道，原子能量增大，则需要吸收能量。氢原子的基态能量为E1(E10)，则发生电离，基态氢原子的电离能为E1。根据能量守恒得：hE1mv2，解得电离后电子的速度大小为：v。12一群氢原子处于量子数n4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，氢原子可能发射_6_种频率的光子；氢原子由量子数n4的能级跃迁到n2的能级时辐射光子的能量是_2.55_eV; 用n4的能级跃迁到n2的能级时辐射的光子照射下表中几种金属，_铯_金属能发生光电效应。几种金属的逸出功金属铯钙镁钛逸出功W/eV1.92.73.74.1解析：从n4的能级跃迁，可能发射6种频率的光子；从n4的能级跃迁到n2的能级，发出的光子能量hE4E22.55eV，此值大于铯的逸出功，所以可使金属铯发生光电效应。三、论述计算题(共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13(10分)电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的。他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板。A板带正电，B板带负电，从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中。小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是1.92105N/C，油滴半径是1.64104cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所带的电荷量。这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(g取9.8m/s2)答案：8.0210195倍解析：小油滴质量，mVr3由题意知，mgEq0由两式可得：qC8.021019C小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的倍数为n5(倍)。14(11分)为了测定带电粒子的比荷，让这个带电粒子垂直电场飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E，在通过长为L的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d，如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向(如图)，求q/m的值。答案：解析：仅加电场时d()()2，加复合场时Bqv0Eq。由以上两式可得15(12分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级如图所示)答案：不能解析：设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能E被基态氢原于吸收。若E10.2eV，则基态氢原子可由n1跃迁到n2，由动量守恒和能量守恒有：mv02mvmvmv2mv2EmvEk13.6eV由得，Emv6.8eV因为E6.8eV10.2eV所以不能使基态氢原子发生跃迁16(13分)已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH1.671027kg。设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n5的能级状态。(1)求大量氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光；(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p表示(h为普朗克常量，为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率。(保留三位有效数字)答案：(1)10(2)4.17m/s解析：(1)可以有nC10种不同频率的光辐射。(2)由题意知氢原子从n5能级跃迁到n1能级时，氢原子具有最大反冲速率。氢原子发生跃迁时辐射出的光子能量为EE|E5E1|开始时，将原子(含核外电子)和即将辐射出去的光子作为一个系统。由动量守恒定律可知：mHvHp光0光子的动量p光，Eh氢原子速度为vH，所以vH4.17m/s。