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1、最新沪科版高中物理选修（3-5 ）第 3 章原子世界探秘章末总结学案一、对 粒子散射实验及核式结构模型的理解例 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
2、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；极少数粒子发生大角度偏转 ,说明受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小, 粒子偏转而原子核未动 ,说明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的质量 , 粒子打在电子上 ,不会有明显偏转 ,故 C 对 ,D 错答案 BC二、对玻尔的原子结构模型的理解1玻尔的原子结构模型可概括为三个要点1(1) 能量的量子化En n2E1(En 为动能、电势能之和)(2) 轨道的量子化rn n2r1.(3) 能级跃迁量子化h EmEn( 吸收或辐射一定频率的光子)2注意三个不同(1) 一群氢原子与一个氢原子的
3、不同：一个氢原子在一次跃迁时只能辐射一个光子,故一个氢原子处于量子数为n 的激发态时 ,可能辐射的光谱条数为n 1.而一群氢原子处于量子数为n的激发态时 , 由于向各个能级跃迁的可能性都存在, 故可能辐射的光谱条数为N C2n 1 / 52.(2) 跃迁与电离的不同EE En,就可以跃迁时只能吸收等于两个能级差的光子；电离时只要原子吸收的能量使处于定态 n 上的氢原子电离 ,当EE En 时 ,电离后电子还具有一定的动能(3) 吸收光子跃迁与电子碰撞跃迁的不同电子碰撞原子核时,只要电子的动能大于或等于某两个能级能量差就可引起原子的激发跃迁但由于电子的动能不是一份一份的,因此撞击时可把部分动能传
4、给原子,剩余的部分自身保留例 2 有一群氢原子处于量子数 n 4 的激发态中 ,能发出几种频率的光子？其中最高频率、最低频率各为多少？若有一个氢原子处于量子数n4 的激发态时 ,最多能发出几种频率的光子？解析一群氢原子向低能级跃迁时,各种跃迁方式都会发生,即可以从n 4 的激光态跃迁到n 3、 n 2、 n 1 的各能级；再从 n 3 的激发态跃迁到 n 2、n 1 的各能级；再从 n 2 的激发态跃迁到 n1 的基态故有N 6 种频率的光子产生如图所示为跃迁示意图2最高频率的光子满足h1 0.85 eV ( 13.6 eV) 12.75 eV 2.04 10 18 J, 1 3.1 1015
5、 Hz.最低频率的光子满足h2 0.85 eV (1.51 eV) 0.66 eV 1.056 1019 J, 21.6 1014Hz.4 的激发态时 ,最多能发出4 13( 种 )频率的光子一个氢原子处于量子数为答案6 种 3.1 1015 Hz1.6 1014 Hz3 种例 3当用具有 1.87 eV能量的光子照射n 3 激发态的氢原子时,氢原子 ()A 不会吸收这个光子B吸收该光子后被电离,电离后的动能为0.36 eVC吸收该光子后被电离,电离后电子的动能为零D吸收该光子后不会被电离解析E3 E19 1.51 eV,即处于n 3 激发态的氢原子吸收大于或等于1.51 eV 能量的光子后即
6、会发生电离,所以具有1.87 eV 能量的光子能被吸收,且电离后电子动能Ek(1.87 1.51) eV 0.36 eV.可见选项B 正确答案B例 4用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到了一定数目的光谱线调高电子的能量再次进行观测,发现光谱线的数目比原来增加了5 条用n表示两次观测中最高激发态的量子数之差,E 表示调高后电子的能量根据氢原子的能级图(如图 1 所示) 可以判断 , n和 E 的可能值为 ()2 / 5图 1A n 1,13.22 eVE13.32 eVB n 2,13.22 eVE13.32 eVC n 1,12.75 eVE13.06 eVD n 2,12
7、.75 eVE13.06 eV解析由于原子发光时光谱线的数目为为 C2n,由 C2n C2m5 得2C2m,调高电子的能量后光谱线的数目2n 4,m 2和 n 6,m 5,故存在两种可能性又由于是电子轰击 ,故电子的能量必须大于或等于某两个能级间的能量差,当 n 2 时应满足13.6eV 0.85 eVE13.6 eV 0.54 eV,即 D 对；当 n 1 时应满足 13.6 eV 0.38 eVErb,则在此过程中 ()A 原子要辐射一系列频率的光子B原子要吸收一系列频率的光子C原子要吸收某一频率的光子D原子要辐射某一频率的光子答案D解析 因为是从高能级向低能级跃迁 ,所以应放出光子 ,因
8、此 B、 C 错误 “直接 ”从一能级跃迁至另一能级 ,只对应某一能级差 ,故只能辐射某一频率的光子3已知氢原子的基态能量为13.6 eV,当一群处于量子数为n3 的激发态的氢原子发生跃迁时 ,可能辐射的光子能量是()A 1.5 eVB 12.09 eVC 1.89 eV 、 12.09 eVD 1.89 eV 、10.2 eV 、 12.09 eV答案D4关于氢原子能级的跃迁 ,下列叙述中正确的是 ()A 用能量为 20.75 eV 的 X 射线照射 ,可使处于基态的氢原子电离出自由电子B用能量为10.2 eV 的光子照射 ,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C用能量为11.0 eV 的光子照
9、射 ,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D用能量为 12.5 eV 的光子照射 ,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态答案AB解析氢原子的电离能E 0 ( 13.6) eV 13.6 eV10.2 eV ,12.6 eV12.09 eV ,12.6 eV12.75 eV ,故可以使氢原子跃迁到n2 和 n3 的能级上但用光子去轰击处于基态的氢原子样品时,入射光子的能量必须为两能级的能量差值 ,即 10.2 eV 、 12.09 eV 、12.75 eV 、 所以用 12.6 eV 的光子去轰击时不能引起氢原子的跃迁7处于 n 3 的氢原子能够自发地向低能级跃迁,(1) 跃迁过程中电子动能和原子能量如
10、何变化？(2) 可能辐射的光子波长是多少？ (普朗克常量 h6.63 1034 J s) 答案 (1)电子动能增大 ,原子能量减小(2)6.58 10 7 m1.03 10 7 m1.22 10 7 mke2mv21ke2解析 (1)电子从外轨道进入内轨道 ,半径变小 ,由于 r2 r 则 Ek2mv2 2r ,由此可知动能增大；在此过程中 ,原子向外辐射光子 ,因此原子能量减小(2) 原子的可能跃迁及相应波长从 n 3 到 n 2而 E3 1.51 eV,E2 3.4 eV由 h hc Em En 得hc6.63 10343108m1 E3E21.89 1.6 10 19 6.58 107 m从 n 3 到 n 1而 E1 13.60 eVhc2 E3E16.63 10343108 12.09 1.6 10 19 m 1.03 10 7 m从 n 2 到 n 1,则hc6.63 10343108m 1.22107 m3 E2E110.2 1.6 10 195 / 5