人教版 高中物理 选修3-5 第5讲：原子结构（教师版）

原子结构

教学目标

1.理解α粒子散射现象和波尔原子理论。 2.

学

会

分

析

原

子

模

型

并

能

够

解

决

相

关

问

题

。

知识梳理

1．α

绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180 °． 2

卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：

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所有的质量都集中在原

原子的半径大约是10

－10

m，原子核的大小约为10

－15

m～10

－14

m

1．玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的贡献，就是成功解释了经典理论无法解释的这

2．玻尔假说的内容：（1

（3）跃迁假说：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量E＝hν＝E2－E1

（2）能量状态量子化；原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，

氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级．最低的能级状态，即电子在离原子核最近

原子光谱及应用

1．原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的波组成，又叫原

2．原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质

玻尔模型引入了量子化观点，但不完善．在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方．把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”．

特色讲解

类型一：α粒子的散射规律

例1.在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列的哪些说法是正确的 A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用 B．α粒子的动能不断减小 C．α粒子的电势能不断增大

D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果

解析： α粒子一直受到原子核的斥力作用，动能先减小后增大，电势能先增大后减小．α粒子的质量M远大于电子质量mｅ（M＝4×1837me），与电子相碰后运动状态基本保持不变．所以，应选答案A． 答案：A

类型二:氢原子能级及计算

例2.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则

①λb＝λa＋λc

1?a?c ②?b③λb＝λa·λc ④Eb＝Ea＋Ec 以上关系正确的是 A．①③ B．②④ 解析: 由玻尔理论知，Eb＝Ea＋Ec，

c又因为h?b?1?1 C．只有① D．③④

?h1c?a?hc?c得，

1?b答案: B

?1?a

??c．

故②④对，选B．

类型三：氢原子模型综合问题

例3.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是 A. 电子绕核旋转的半径增大 B．电子的动能减少

C．氢原子的电势能增大 D．氢原子的能级减小

解析: 氢原子辐射出一个光子是由绕核运转的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的，即由高能级

122222

向低能级跃迁产生的，故A、C错D对．由ke/r n＝mvn/r n得：Ekn＝mvn＝ke/2rn，B错．

答案: D

－10

2类型四：氢原子能级计算问题

例4.已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.53×10

m，基态的能级值为E1＝－13.6 eV．

（1）有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态．画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．

（2）计算这几条光谱线中最长的波长．

解析: （1）由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如能级图15—1—2中所示．

（2）三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级．设波长为λ，由

ｈc＝E3－E2

?

7

＝6.58×10－m

答案：6.58×107m

hc6.63?10?34?3?108m得λ＝E?E??13.613.6?1932(?)?1.6?1094－

当堂练习

基础演练

1．对α

A．①② 答案 C

B．③④

C．①④

D

2．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α A．原子的绝大部分质量和全部正电荷集中在 B C D答案: A

B．红光

C．黄光

D

3．氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出A．Ｘ射线 答案： B

4.如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某金属原子核附近时的示意图,A、B、C三点分别位于两个等势而上,则下列说法中正确的是( ) A.α粒子在A处的速度比在B处的速度小. B.α粒子在B处的速度最大.

C.α粒子在A、C处的速度相同.

D.α粒子在B处的速度比在C处的速度小. 答案：D

5.氢原子的核外电子绕核旋转时,它所受的力主要是( A.库仑引力 B.库仑斥力 C.万有引力 D.库仑力和万有引力 答案：A

6.在α粒子散射实验中,我们并没有考虑α粒子跟电子的碰撞,这是由于( A.α粒子并不跟电子作用.

B.α粒子跟电子相碰时,损失的能量很少,可忽略. C.电子的体积实在太小,α粒子碰不到.

D.由于电子是均匀分布的,α粒子受电子的合力为零. 答案：B 7

①用10.2 eV②用11 eV③用14 eV④用11 eVA．①② 答案: C_______

9．玻尔模型给出氢原子核外电子的两个可能轨道的半径之比为r1∶r2＝1∶4，则两轨道上电子的周期之比T1∶T2＝______，线速度大小之比为______答案: 1∶8 2∶1

B

C．①③④

D

)

)

8．用经典的电磁理论解释卢瑟福的原子核式结构，会产生的错误结论是：（1）_________，（2）答案: （1）原子应是不稳定的（2

10．玻尔模型给出氢原子核外电子的两个可能轨道的半径之比为r1∶r2＝1∶4，则两轨道上电子的周期之比T1∶T2＝______，线速度大小之比为______． 答案： 1∶8 2∶1

巩固提高

1.卢瑟福的?粒子散射实验结果表明了（ ）

A．原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电 B．某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核

C．原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷 D．电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破

答案：C

2.氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV~3.11eV.下列说法错误的是（ ）

A．处于n?3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 B．大量氢原子从高能级向n?3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 C．大量处于n?4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光 D．大量处于n?4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光 答案：C

3.如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n?3的激发态，原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子．若用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，则下列说法正确的是（ ） A．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n?3跃迁到n?2发出的光波长最短

B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n?3跃迁到n?1所发出的光频率最高

C．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11eV D．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV 答案：AD

4.氢原子在最低的三个能级之间跃迁时,发射出来的光子频率分别为ν别为λ A.ν

31

31

、ν

32

、ν

21

,剥应的波长分

、λ

32

32

、λ

21

,则下列关系式中,正确的有(

B.

)

31

=ν+ν

121

?311?1?321?1?211

C.λ

31

=λ

32

+λ

21

D.

?31??32??21

答案：AD

5.要使一个中性锂原予的最外层的电子脱离锂原子所需的能量是539eV,要使一个中性氟原子结合一个电子形成一个氟离子所放出的能量为351eV,则将一个电子从锂原子转移到氟原子所需提供的能量为________Ev. 答案：1.88

6.用一束光子去激发处于基态的氢原子,氢原子吸收了光子后刚好发生电离，已知E1=-136eV,求这束光子的频率. 答案：3.28?10

7.氖原子基态的轨道半径为53x10m,基态能量为E1=-13.6eV,将该氢原子置于静电场中使其电离,则静电场电场强度至少为多少?静电场提供的能量至少为多少? 答案：5?10Ｖ／ｍ,13.6ｅＶ

8.下列关于玻尔原子理论的观点解释中,不正确的是( )

A.原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量.

11-11

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