2020年高考物理总复习：原子结构
-
第
2
节
原子结构
考点
1
►
α
粒子散射和核式结构模型
【
p
212
】
夯实基础
1
．
汤姆孙原子模型
(
“
枣糕模型
”
)
(1)__
汤姆孙
__
研究阴极射线时用测定粒子比荷的方法发现了电子．电子的发现证明了
原
子是可分的．
(2)
汤姆孙原子模型
：原子里面带
__
正电荷
__
的物质均匀分布在整个原子球体中
，
而
__
带负电的电子
__
则一粒粒镶嵌在球内．
2
．
卢瑟福的α粒子散射实验
(1)
卢瑟福的
α
粒子散射实验装置
(
如下图所示
)
(2)
α
粒
子散射实验现象：
__
绝大
__
多数
α
粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向
前进
，
__
少数
__α
粒子穿过金箔后发生了大角度偏转
，
< br>__
极少数
__α
粒子甚至被反
弹回来．
3
．
卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心有一个
__
很小的核
__
，
叫原子核
，
原子的所有
__
正电荷
__
和几乎所有
__
质量
__
都集中
在原子核里
，
带负电的
__
电子
__
在核外绕核旋转．
由
α
粒子散射实验的数据估
－
15
－
算出原子核半径的数量级为
__10
__m
，
而原子
半径的数量级为
__10
10
__
m.
考点突破
例
1
在卢瑟
福的
α
粒子散射实验中
，
有少数的
α
粒子发生了大角度的偏转
，
其原因是
(
)
A
．<
/p>
原子是可再分的
B
．
正电荷在原子中是均匀分布的
C
．
原子中有带负电的电子
，
电子会对粒子有引力作用
D
< br>．
原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上
【解析】
阴极射线的发现
，
说明原子是可再分的
，
故
A
错误；
α
粒子和电子之间有相互
作用力
，
它们接近时就有库仑引力作用
，
但由于电子的质量只有
α
粒子质量的
1
，
α粒子<
/p>
7 300
与电子碰撞就像一颗子弹与一粒灰尘碰撞一样
，
α粒子质量大
，
其运
动方向几乎不改变．α
粒子散射实验中
，
有少数α粒子发生大角度偏转
，
说明三点：一是原子内有一质
量很大的粒
子存在；二是这一粒子带有较多的正电荷；三是这一粒子的体积很小
，
故
D
正确
，
B
、
C
错
误．
【答案】
D
针对训练
1
．
电子的发现是人类对物质结构认识上的一次飞跃
，
开创了探索物质微观结构的新时
代
，
下列关于电子的说法正确的是
(A)
A
．
J.J.
汤姆孙发现
不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同
，
这种粒子即电子
B
．
β
衰变时原子核会释放电子
，
说明电子也是原子核
的组成部分
C
．
电子穿过晶体时会产生衍射图样
，
这证明了电子具有粒子性
D
．
β
射线是高速电子流
，
它的穿透能力比
α
射线和
γ
射线都弱
【解析】
J.J.
< br>汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同
，
这
种粒子即电子
，
故
A
< br>正确；衰变现象是原子核内部的中子转化为质子同时释放一个电子
，
故
B
错误；电子
穿过晶体时
会产生衍射图样
，
这证明了电子具有波动性
，
故
C
错误；β射线是高速电子流
，
它的穿透能力比
γ
< br>射线弱
，
比
α
< br>射线强
，
故
D
< br>错误．
2
．
< br>(
多选
)
卢瑟福在研究
α
粒子轰击金箔的实验中
，
根据实验现象提出原子的核式结
构．以下说法正确的是
(A
CD)
A
．
按照汤姆孙模型
，
α
粒子轰击金箔时不可能发生大角度的偏转<
/p>
，
因而卢瑟福否定了
汤姆孙的“枣糕模型
”
，
提出新的原子结构模型
B
．
绝大多数
α
粒子穿过金箔运动方向不变
，
说明原子所带正
电是均匀分布的
C
．
α
粒子轰击金箔实验现象说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核
里
D
．
卢瑟
福通过
α
粒子轰击金箔的实验的数据记录估算出原子核的大小<
/p>
【解析】
卢瑟福根据
< br>α
粒子散射实验现象
，
否定了汤
姆孙的
“
枣糕模型
”
< br>，
提出了原子
核式结构模型
，<
/p>
A
正确；
实验中绝大多数
α
粒子穿过金箔运动方向不变
，
说明原子内部大部
分是空的
，
所带正
电集中在很小的空间
，
并且能估计出原子核大小的数量级
，
B
错误；
C
、
D
正确．
氢原子能级
氢原子跃迁
考点
2
►
氢原子的光谱
【
p
212
】
夯实基础
1
．
玻尔原子模型
< br>(1)
轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下
，<
/p>
绕原子核做圆周运动
，
电子绕核运
动的可能轨道是
__
不连续
< br>__
的．
(2)
定态假设：电子在不同的轨道上运动时
，
原子处于不
同的状态
，
因而具有不同的能
量
，
即原子的能量是
__
不连续
__
的．
这些具有确定能量的
稳定状态称为定态
，
在各个定态中
，<
/p>
原子是
__
稳定
__
的
，
不向外辐射能量．
(3)
跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个
能量状态跃迁时要
__
吸收
__
或
__
放出
__
一
定频率的光子
，
光子的能量等于两个状态的
__
能级差
__
，
即
hν
＝
__E
m
－
E
n
__(m>n)
．
2
．
几个名词解释
(1)
能级：在玻尔理论中
< br>，
原子各个可能状态的
__
能量
值
__
叫能级．能级是电子动能与
电势
能之和
，
电子的电势能是个负值
，
其绝对值是动能的
2
倍．
< br>
(2)
基态和激发态：
原子能
量
__
最低
__
的状态叫基态
，
其他能量
(
相对于基态
)
较高的状态
叫激发态．
(3)
量子数：
现代物理学认为原子的可能状态是
__
不连续
__
的
，
各状
态可用正整数
1
，
2
< br>，
3
，
…表示
< br>，
叫做量子数
，
一般用
n
表示．
3
．
氢原子的能级和核外电子的轨道半径
1
(1)
氢原子的能级公式：
E
n
＝
__
2
E
1
__(n
＝
1
，
2
，
3
，
…
)
，
其中
E
< br>1
为基态能量
，
E
1
＝
__
n
－
13.6__eV__
．
(2)
氢原子核外电子的轨道半径公式：
r
n
＝
n
2
r
1
(n
＝<
/p>
1
，
2
，
3
，
…
)
，
其中
r
1
为基态半径
，
－
又称玻尔半
径
，
r
1
＝<
/p>
0.53
×
10
10
m.
(3)
氢原子能级图
(
如图
)
①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态
——
< br>定态．
②横线左端的数字“
1
、
2
、
3
…”表示量子数
，
右端的数字“－
13.6
，
－
3.4<
/p>
…”表示氢
原子的能级．
③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．
④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃
迁
，
放出光子的能量：
__
hν
＝
E
m
－
E
n
(m>n)__
．
4
．
氢原子的光谱
(1)
光谱：
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按
__
波长
__
展开
，
获得光的
__
波长
__(<
/p>
频率
)
和强度分布的记录
，
即光谱．
(2)
光谱分类
连续
谱
<
/p>
发射光谱
光谱
线状
谱
}<
/p>
——
原子的
__
特征谱线
__
吸收光谱
1
(3)
氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在
__
可见光区域
__
的谱线
，
其波长公式
λ
1
< br>1
－
＝
R(
2
－
2
)(n
＝
3
，
4
，
5
，
……
，
R
是里德伯常量
，
R
＝
1.10
×
< br>10
7
m
1
)
．
<
/p>
2
n
(4)
光谱
分析：利用每种原子都有自己的
__
特征谱线
< br>__
可以用来鉴别物质和确定物质的
组成成分且灵敏度很
高
，
在发现和鉴别化学元素上有重大的意义．
< br>
考点突破
例
2
氢原子能级如图所示
，
当氢原子从
n
＝
3
跃迁到
n
＝
2
的能级时
，
辐射光的波长为
656 nm.
以下判断正确的是
(
)
A
．<
/p>
氢原子从
n
＝
2
跃迁到
n
＝
1
的能级时
，
辐射光的波长大于
656 nm
B
．
用
动能为
10.5 eV
的入射电子碰撞激发
，
可使氢原子从
n
＝
1
跃迁到
n
＝
2
的能级
C
．
用波长为
656 nm
的
光照射
，
能使处在
n
< br>＝
2
能级的氢原子电离
D
．
一个处于
n
＝
3
能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产
生
3
种谱线
【解析】
从
n
＝
3
跃迁到
n
＝
2
的能级时
，
辐射光的波长为
656 nm
，
而当从
n
＝
2
跃迁到
n
＝
1
的能级时
，
辐射能量更多
，
则频率更高
，
由
c
＝
λν
知波长小于
656 nm
< br>，
故
A
错误；当
从
n
＝
1
跃迁到
n
＝
2
的能级
，
吸收的能量：
Δ
E
12
＝
E
2
－
E
1
＝
10.2 eV
，
而用入射
电子碰撞转移
能量可能会损失或部分转移
，
则
10.5 eV>10.2 eV
，
可以使电子跃迁
，
故
B
正确；
波长为
656
n
m
的光对应的能量为Δ
E
32
＝
E
3
－
E
2
＝
1.89
eV
，
而
n
＝
2
能级的电子电离需要的电离能为Δ
E
＝
E
∞
－
E
2
＝
3.4
eV>1.89
eV
，
故光的能量不够电离
，
C
错误；一个氢原子只有一个电子能跃
迁
，
同一时刻只能出现在一个能级上
，
则逐级向下跃迁
产生的谱线最多为
2
种
，
D
错误；故
选
B.
【答案】
B
【小结】
1.
对原子跃迁条件的理解
(1)
原子从低能级向高能级跃迁
，
吸
收一定能量的光子
，
当一个光子的能量满足
hν
＝
E
末
－
E
初
时
，
才能被某一个原子吸收
，
使原子从低能
级
E
初
向高能级
E
末
跃迁
，
而当光子能量
hν
大于或小于
E
末
－
E
初
时都不能被原子吸收．
(2)
< br>原子从高能级向低能级跃迁
，
以光子的形式向外辐射能量
，
所辐射的光子能量恰好
等于发生跃迁
时的两能级间的能量差．
(3)
原子
跃迁条件
hν
＝
E
m
－
E
n
(m>n)
只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃
迁
的情况．对于光子和处于基态的氢原子作用而使氢原子电离时
，
只要入射光子的能量
E
≥
13.6 e
V
，
氢原子就能吸收．对于实物粒子与原子作用使原子激发时<
/p>
，
粒子能量大于能级
差即可．
2
．
量子数为
n
的氢原子跃迁时辐射光子种数的判定方法：
如果是一个氢原子
，
向低能级跃迁时辐
射光子的最多频率种数为
(n
－
1)<
/p>
．
如果是一群氢原子
< br>，
向低能级跃迁时可能发出的光子种数为
C
2
n
.
< br>求
→
解
方
法
方法
1
：采用画图法
，
原子在两个不同能级间跃迁能产生一条频率不同的光谱线
< br>方法
2
：用数学组合公式
C
2
n
求解
针对训练
3
．
氢原子的能级图如图所示
，
已知可见光的光子能量范围约为
1.62
～
3.11 eV
.
下
列说法
中正确的是
(C)
A
．
一个处于
n
＝
3
能级的氢原子向低能级跃迁时
，
最多可能发出
3
种不同频率的光
< br>
B
．
大量氢原子从高能级向<
/p>
n
＝
3
能级跃迁
时
，
可能发出可见光
C
．
用一群处于
n
＝
3
能级的氢原子向低能级跃迁时
，
所发出的光照射逸出功为
2.49 eV
的金属钠
，
则从金属钠表面所发出的光电子的最大
初动能可能为
9.60 eV
D
．<
/p>
大量处于
n
＝
4
能级的氢原子向低能级跃迁时
，
可能发
出
5
种不同频率的光
【解析】
一个处于
n
＝
3
能级的氢原子向低能级跃迁时
，
最多可能发出
2
种不同频率的
光
，
即
n
＝
3
能级到
n
＝
2
能级
，
n
＝
2
能级到
n
＝
1
能级
，<
/p>
故
A
错误；氢原子从高能级向
n
＝
3
能级跃迁时发出的
光子能量小于
1.51 eV
，
小于可
见光的光子能量
，
故
B
错误；从
n
＝
3
跃