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原子物理n 原子结构 一、原子的核式结构n 1.实验基础：用粒子轰击金箔，结果大多n 数粒子穿过金箔后沿原方向前进，少数粒子n 发生了较大的偏转，极少数粒子偏转角度超过n 90，有的甚至被弹回.该实验就是粒子散射实n 验.n 2.结论：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里，带负电的电子在核外空间绕着核旋转.n 原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力.n 3.原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是10-10m，原子核的大小数量级在10-1510-14m之间.n 二、玻尔的量子化模型n 1.卢瑟福核式结构与经典电磁理论的矛盾：n （1）经典电磁理论对原子核式结构的解释中认为，原子是不稳定的，电子绕核旋转，并不断向外辐射电磁波，因此电子的能量不断衰减，最终电子陨落到原子核上；事实上原子是稳定的.n （2）经典电磁理论认为原子发射的光谱，由于原子能量逐渐衰减，因此其辐射的电磁波的频率应当是连续的；事实上原子发生产生的光谱是不连续的.n 2.玻尔理论.n (1)三个假设：n 定态假设原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但不向外辐射能量. n 跃迁假设原子从一种定态（设能量n 为E初）跃迁到另一种定态（设能量为E终）时，n 它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能n 量由这两种定态的能量差决定，即hn=E初-E终。n 轨道量子化假设原子的不同能量状n 态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，n 原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道n 的分布也是不连续的.n (2)两个公式：（了解）n 能级公式：原子各定态的能量叫做原子的能级，对于氢原子，其能级公式为：n En=E1/n2(n=1、2、3)n 轨道公式：rn=n2r1(n=1、2、3)n n为量子数，只能取正整数，En是半径为rn的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限远处为零电势点，则E1=-13.6eV.n 注意：量子数n=1定态，又叫基态，能n 量值最小，电子动能最大，电势最小；量子n 数越大，能量值越大，电子动能越小，电势n 能越大.练习1.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象提出来的（ ）A.光电效应 B.氢原子光谱实验C.粒子散射实验 D.天然放射现象2.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据是在粒子散射实验中发现粒子（ ）A.全部穿过或发生很小的偏转B.全部发生很大的偏转C.绝大多数穿过金箔后前进方向几乎不变，只有少数发生很大偏转D.绝大多数发生偏转，甚至被弹回 3.玻尔在他的原子模型中所做的假设有( )A.原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量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运转的频率 【例1】在粒子散射实验中，有少数粒子发生了较大角度偏转，其原因是（A）A.原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在原子中心一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只处在一系列不连续的能量状态中 【解析】粒子散射实验的意义，在于它是原子的核式结构理论建立的基础. 答案为A.【例2】处于基态的氢原子在某单色光的照射下，只能发出频率为n1、n2、n3的三种光，且n1 n2 n3，则该照射光的光子能量（C） A.hn1 ； B.hn2 ； C.hn3； D.h(n1 +n2 +n3)；【解析】根据玻尔理论，当处于基态的氢原子受到某单色光照射时，氢原子应吸收一个光子的能量h，从基态跳迁到某一定态，如果处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发出频率为n1、n2、n3的三种光，则该定态一定为第三能级，再由三种光的频率的大小和氢原子能级关系，当有hn1hn2hn3 ，而且有（hn1+hn2）=hn3，而hn3为照射光的光子能量，也为基态与第三能级间的能量差，故本题答案为C.【例3】估算运动员跑步时的德布罗意波的波长，说明为什么我们观察不到运动员的波动性【解析】设运动员的质量为60kg，该运动员跑步时速度为10m/s，则其德布罗意波的波长：l=h/mv=6.6310-34/(6010)=1.110-36m；由计算结果可知，其波长太小，几乎观察不到.所以观察不到宏观的物体的波动性.【解题回顾】观察下列宏观物体的波动性，是因为，波长大小，而微观粒子的德布罗意波长较大，就较容量观察到其波动性. 【例4】粒子散射实验中，当粒子最接近原子核时，粒子符合下列的情况是（AD）A.动能最小B.势能最小C.粒子与金原子核组成的系统的能量最小D.所受原子核的斥力最大 【解析】该题所考查的是原子的核式结构、动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识点.粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少电势能增大，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒.根据库仑定律，距离最近时，斥力最大.综上所述，本题答案为AD.