2019版高考物理培优一轮计划全国创新版培优讲义：第13

第48课时原子结构

考点1原子的核式结构

1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。

2．原子的核式结构

(1)1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型。

(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。

(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。

1．下列四个示意图表示的实验中能说明原子核式结构的是()

答案 A

解析α粒子散射实验说明原子的核式结构，故A正确；双缝干

涉实验证明光具有波动性，故B错误；光电效应说明光具有粒子性，故C错误；放射线在磁场中偏转是根据带电粒子的偏转方向确定放射线的电性，故D错误。

2．(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是()

A．是通过发现电子现象得出来的

B．原子的中心有个核，叫做原子核

C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中

D．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旋转

答案BD

解析原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误。原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确、C错误。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确。

3.

根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，如图所示虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是()

A．动能先增大，后减小

B．电势能先减小，后增大

C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零

D．加速度先变小，后变大

答案 C

解析α粒子从a点经b点到达等势点c的过程中电场力先做负功后做正功，α粒子的电势能先增加后减小、动能先减小后增大，加速度先变大，后变小，回到同一等势线上时，电场力做的总功为零，故C正确。

考点2能级跃迁及相关的能量问题

1．氢原子光谱

(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(频率)和强度分布的记录，即光谱。

(2)光谱分类：

(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区

的谱线，其波长公式1

λ＝R⎝

⎛

⎭

⎪

⎫

1

22－

1

n2(n＝3,4,5…，R是里德伯常量，R

＝1.10×107 m－1)。

(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线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着重大的意义。

2．氢原子的能级结构、能级公式

(1)玻尔理论

①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

②跃迁：当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的

能量差决定，即hν＝E m－E n。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)

③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

(2)几个概念

①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级。

②基态：原子能量□10最低的状态。

③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态。

④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的□11正整数。

(3)氢原子的能级公式：E n＝□121

n2E1(n＝1,2,3…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝□

13－13.6 eV。

(4)氢原子的半径公式：r n＝□14n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。

(5)氢原子的能级图：能级图如图所示。

[例]

(2017·辽宁沈阳郊联体期末)根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()

A．13.6 eV B．3.4 eV

C．12.75 eV D．12.09 eV

解析受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，说明氢原子从n＝1能级跃迁到n＝4能级上，所以照射氢原子的单色光的光子能量E＝E4－E1＝12.75 eV，C正确。

答案 C

能级跃迁中的几种情况

(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。光子的

频率ν＝ΔE

h＝

E高－E低

h。

(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。

①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE，即对光子的吸收具有选择性。

②当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收电离。

③碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，即

E外≥ΔE。

(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光的

种类有C2n＝n(n－1)

2种。一个氢原子处于量子数为n的激发态，向低

能级跃迁时，最多可辐射出的光的种类有n－1种。

1．(2017·河南省洛阳月考)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则()

A．ν0<ν1B．ν3＝ν2＋ν1

C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.1

ν1＝1

ν2＋

1

ν3

答案 B

解析大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n＝3能级向低能级跃迁。由于ν3>ν2>ν1，则：

n＝3能级向n＝1能级跃迁时，hν3＝E3－E1

n＝2能级向n＝1能级跃迁时，hν2＝E2－E1

n＝3能级向n＝2能级跃迁时，hν1＝E3－E2

将以上三式变形可得，hν3＝hν2＋hν1

解得ν3＝ν2＋ν1，故B正确，再根据氢原子理论可知，入射光频率ν0＝ν3，故A、C、D错误。

2．氢原子辐射出一个光子后()

A．电子绕核旋转半径增大

B．电子的动能增大

C．氢原子的电势能增大

D．原子的能级值增大

答案 B

解析根据玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论，电子绕核做匀速圆周运