原子结构氢原子光谱理解玻尔理论对氢原子光谱的解释

发现了电子轨道量子化，D错．
(2)从能量转化角度看，当α粒子靠近原子核运动时，α 粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转 化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的 1 2 q1q2 最小距离为d， mv ＝k d 2
－19 2 9 2 × 9.0 × 10 × 2 × 79 × 1.6 × 10 2kq1q2 d＝ ＝ m － mv2 6.64×10 27×2.0×1072
超过90°，有的甚至接近180°被弹回
度偏转，极少数α粒子甚至被反弹回来．
(3) 由 α 粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级 为10－15 m，而原子半径的数量级为10－10 m.
2．三个原子模型的对比
实验基础 原子结构 成功和局限
原子是一个球体， 可解释一些实验现 “枣糕” 电子的发 正电荷均匀分布在球 象，但无法解释α粒 模型 现 内，电子镶嵌其中 子散射实验 原子的中心有一个很 卢瑟福的 小的核，全部正电荷 核式结构 α粒子散 和几乎全部质量集中 模型 射实验 在核里，电子在正电 体外面运动 成功解释了α粒子散 射实验，无法解释 原子的稳定性及原 子光谱的分立特征
第二讲
原子结构
氢原子光谱
1．理解玻尔理论对氢原子光谱的解释，掌握氢原子的轨
道半径公式和能级公式并能灵活运用．
2．能用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题． 3．了解原子的核式结构，知道α粒子散射实验及物理意 义．
一、原子的核式结构 在原子中有一个很小的核，叫 原子核 ， 它 集 中 了 原 子 的全部 正电荷 和几乎全部的 质量 ，带负电的电子在核外空 间绕核高速旋转．原子核半径的数量级为 10－15 m .
卢瑟福和他的助手做 α 粒子轰击金箔实验，获得了 重要发现：
(1)关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是
A．证明了质子的存在 B．证明了原子核是由质子和中子组成的 C ．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 一个很小的核里
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
(2)在α粒子散射实验中，现有一个α粒子以2.0×107 m/s 的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求该α粒子 与金原子核间的最近距离．(已知带电粒子在点电荷电场中 q1q2 的电势能表达式为ε＝k r ，α粒子质量为6．64×10－27kg)
二、氢原子光谱
1．光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的 波长(频率) 成分和 强度 分布的记录，即光谱． 2．光谱分类：有些光谱是一条条的 亮线 ， 这 样 的 光 谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的 光带 ， 这 样 的 光
谱叫做连续谱．
能否利用白炽灯的光谱来检测灯丝的组成部分？ 提示：不能．白炽灯的光谱是连续谱，不是原子的特征
成功解释了氢原子 玻尔的原 氢原子光 在核式结构模型基础 光谱及原子的稳定 子模型 谱的研究 上，引入量子观念 性，不能解释较复 杂原子的光谱现象
友情提示：认识原子结构的线索：气体放电的研究 →阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型 α粒子散射实验 氢原子光谱的研究 ――――――→ 卢瑟福核式结构模型 ―――――――→ 玻尔模型．
【思维点拨】解答本题应注意以下两点： (1)根据α粒子散射实验结果和玻尔理论综合分析．
(2)α 粒子接近原子核的过程中 ，动能与电势能相互转
化． 【自主解答】(1)α 粒子散射实验发现了原子内存在一个 集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现 核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错．玻尔
＝2.7×10－14 m.
答案：(1)C (2)2.7×10－14 m
【误区警示】在该题中，不能将d＝2.7×10－14 m，认为
是金原子核的半径，因α粒子没有接触原子核，只能是估算
出原子核大小的数量级为10－14 m.
1．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(
)
A ．在实验中观察到的现象是绝大多数 α 粒子穿过金箔 后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转
子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是 不连续 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 量子化 的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态 中，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 辐射 或 吸收 一定频率的光子，光子的能量等于 两个状态的 能量差 ，即hν＝ |E初－E末| .
一、α粒子的散射实验与核式结构模型 1．原子的核式结构模型
(1)卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图所示)．
主要由 α 粒子源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几 部分组成，荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转 动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子．
(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
谱线，因而无法检测出灯丝的成分．
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 1 1 1 式 λ ＝R( 2 － 2 )，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝ 2 n 1.10×107 mBaidu Nhomakorabea1，n为量子数．
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三、玻尔理论、能级 1．玻尔原子模型 (1)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原
2．能级：在玻尔理论中，原子各个可能状态的能量值．
3．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． 4 ． 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 1,2,3，…表示，叫做量子数，一般用
n表示．
5．氢原子的能级和轨道半径 (1)氢原子半径公式 rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，也称为玻 尔半径，r1＝0.53×10－10 m. (2)氢原子能级公式 1 En＝ 2 E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为氢原子基态的能量 n 值，E1＝－13.6 eV.