（浙江专版）2019年高中物理第十八章原子结构章末小结与测评讲义（含解析）新人教版选修3_5.doc

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1、- 1 -章末小结与测评Error!原子结构Error!原子结构 粒子散射实验及原子的核式结构1 粒子散射实验结果及由此建立的学说(1)实验结果： 粒子穿过金箔后，绝大多数 粒子仍沿原来的方向前进；少数 粒子有较大的偏转；极少数 粒子的偏角超过 90，有的甚至达到 180。(2)核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转。2该部分主要考查对 粒子散射实验的理解与记忆及对实验结果的分析。典例 1 (多选)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

2、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，说明原子内部是“空旷”的C极少数 粒子发生大角度偏转，说明原子内的粒子质量和电荷量比 粒子大得多但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选 BC 在 粒子散射实验中，绝大多数 粒子沿原方向运动，说明大多数 粒子未受到原子核明显的力的作用，也 说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，说明受到金原子核明 显力作用的空间在原子内很小， 粒子偏转，而金原子核未 动， 说明金原子核的质量和 电荷量远大于 粒子的质量和电荷量

3、，电子的质量远小于 粒子， 粒子打在电子上， 粒子不会有明显偏转，故 C 对，D 错。玻尔理论1玻尔原子模型(1)量子化观点：电子的不同轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐射或吸收光子的频率都- 2 -只能是分立的、不连续的值。(2)对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态。(3)定态观点：电子在某一可能轨道上运动时，原子是不向外辐射电磁波的，轨道与能量是稳定的。(4)跃迁观点：能级跃迁时辐射或吸收光子的能量，hE mE n(mn)。(5)原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁；如果入射光的能量 E13.6 eV，原子也能吸收光子，则原子电离；用粒子碰撞的方

4、法使原子能级跃迁时，粒子能量大于能级差即可。2跃迁与光谱线原子处于基态时，原子是稳定的，但原子在吸收能量跃迁到激发态后，就不稳定了，这时就会向低能级定态跃迁，而跃迁到基态，有时是经多次跃迁再到基态。一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：NC n2 。nn 12典例 2 (1)(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是 ( )A用 12.09 eV 的光子照射B用 13 eV 的光子照射C用 14 eV 的光子照射D用 13 eV 的电子碰撞(2)(多选 )欲使处于基态的氢原子电离，下列措施可行的是( )A用 13.6 eV 的光子照射B用 15 eV 的光子

5、照射C用 13.6 eV 的电子碰撞D用 15 eV 的电子碰撞解析 (1)由跃迁条件知氢原子受激 发跃迁时只能吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子。根据氢原子能级图不难 算出 12.09 eV 刚好为氢原子 n1 和 n3 的两能级差，而 13 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因此 氢原子只能吸收前者而不能吸收后者； 14 eV 的光子则足以使氢原子电离， 电离后的自由电子还具有 0.4 eV 的动能。用 13 eV 的电子碰撞，它的能量可以部分被氢原子吸收而使 氢原子激发。 综上所述，选项 A、C、D 正确。(2)基态氢原子的电离能为 13.6 eV，则 13.6 eV 的光子

6、被吸收，氢原子刚好电离，同理 15 eV 的光子和 15 eV 的电子碰撞均可使氢原子电离。用 13.6 eV 的电子，由于电子和氢原子质量不同，因此两者碰撞时电子不可能把 13.6 eV 的能量全部传递给氢原子，因此用 13.6 eV 的电子碰撞氢原子时氢原子不能电离。由以上分析可知 选项 A、B、D 正确。答案 (1)ACD (2)ABD- 3 -专题训练1.卢瑟福通过 粒子散射实验，判断出原子的中心有一个很小的 核，并由此提出了原子的核式结构模型。如图所示的平面示意图中，、两条实线表示 粒子运动的轨迹，则沿所示方向射向原子核 的粒子可能的运动轨迹为虚线中的( )A轨迹 a B轨迹 bC轨

7、迹 c D轨迹 d解析：选 A 粒子靠近原子中心时会受到较大的排斥力，轨迹向上弯曲， 粒子做曲线运动，其轨迹应该为 a，故选 A。2按照玻尔理论，一个氢原子的电子从一半径为 ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为 rb的圆轨道上，r arb，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原子要辐射某一频率的光子D原子要吸收某一频率的光子解析：选 C 从某一轨道直接跃迁到另一轨道，只能辐射或吸收某一特定频率的光子；再根据 rarb，从较远轨道向较近轨道跃迁，即从高能 级向低能 级跃迁，要辐射光子，故 C 正确。3如图所示为氢原子的四个能级，其中 E1 为基态，若氢原子 A

8、 处于激发态 E2，氢原子B 处于激发态 E3，则下列说法正确的是( )A原子 A 可能辐射出 3 种频率的光子B原子 B 可能辐射出 3 种频率的光子C原子 A 能够吸收原子 B 发出的光子并跃迁到能级 E1D原子 B 能够吸收原子 A 发出的光子并跃迁到能级 E4解析：选 B 原子 A 处于激发态 E2，因此其 辐射光子频率数目只能有 1 种，A 错；原子 B处于激发态 E3，辐射光子频率数可能有 3 种， B 对；据氢原子能级的量子性，吸收光子必须满足 hE mE n，故 C、D 错。4.(江苏高考) 如图所示是某原子的能级图，a、b、c 为原子跃迁所发 出的三种波长的光。在下列该原子光

9、谱的各选项中，谱线从左向右的波长 依次增大，则正确的是( )- 4 -解析：选 C 根据玻尔的原子跃迁公式 h E mE n可知，两个能级间的能量差值越大，辐c射光的波长越短，从题图可看出，能量差值最大的是 E3 E1，辐射光的波长 a 最短，能量差值最小的是 E3E 2，辐射光的波 长 b 最长，所以 谱线从左向右的波长依次增大的是 a、c、b，C 正确。(时间：45 分钟 满分：100 分 )一、单项选择题(本题共 8 小题，每小题 4 分，共 32 分)1一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级，该氢原子( )A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，

10、能量减少解析：选 B 氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，能 级降低后能量减少，故选项 B 正确。2利用氢气光谱管发光，可以产生氢的明线光谱，这些谱线的产生是由于( )A大量氢原子处于不同的激发状态，从而辐射不同频率的光子B大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子C大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而辐射不同频率的光子D大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而吸收不同频率的光子解析：选 B 大量氢原子从较高的能级向较低的能级跃迁 时，辐射出不同频率的光子，从而产生明线光谱。B 正确。3现有 1 200 个

11、氢原子被激发到量子数为 4 的能级上，若这些受激发的氢原子最后都回到基态，则在此过程中辐射出的光子总数是(假定处在量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 )( )1n 1A2 200 B2 000 C1 200 D2 400解析：选 A 量子数 n4 的激发态的 1 200 个氢原子分别跃迁到 n3、2、 1 的轨道上的数目均为 400 个，此时辐射出 1 200 个光子，量子数 n 3 的激发态的 400 个氢原子分别跃迁到 n2、1 的轨道上的数目均 为 200 个， 辐射出光子数为 400 个，量子数 n2 的激发态的 600个氢原子跃迁

12、到 n1 的轨道上的数目为 600 个， 辐射出光子数 为 600 个， 则辐射出的总光子数为 1 2004006002 200( 个) ，所以 A 选项正确。4原子从一个较高能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条- 5 -件下，铬原子的 n2 能级上的电子跃迁到 n1 能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给 n4 能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象称为俄歇效应。以这种方式脱离了原子的电子称为俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为 En ，式中An2n1,2,3，表示不同能级，A 是正的已知常数。上述俄歇电子的动能是( )A. A B. A C. A D. A

13、316 716 1116 116解析：选 C 铬原子从 n2 的能级跃迁到 n1 的能级，相应能量EE 2E 1 A(A) A，处于 n4 能级的铬原子脱离原子时，需要的能量为14 34E40 E 4 A，因此俄歇电子的动能是 EE 4 A A A，所以 选项 C 正确。116 34 116 11165下列说法不正确的是( )A巴耳末线系光谱线的条数只有 4 条B巴耳末线系光谱线有无数条C巴耳末线系中既有可见光，又有紫外光D巴耳末线系在可见光范围内只有 4 条解析：选 A 巴耳末线系中的光谱线有无数条，但在可 见 光区域只有 4 条光谱线，其余都在紫外光区域。故 B、C、D 正确，A 错误。6

14、.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从 n4 的能级向n2 的能级跃迁时辐射出可见光 a，从 n3 的能级向 n2 的能级跃 迁时辐射出可见光 b，则( )A氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射出光子B氢原子从 n4 的能级向 n3 的能级跃迁时会辐射出紫外线Ca 光比 b 光的频率小D氢原子在 n2 的能级时可吸收任意频率的光子而发生电离解析：选 A 氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射出光子，A 对；Eh，E 42E32E43，ab43，所以 氢原子从 n4 的能 级向 n3 的能级跃迁时不会辐射出紫外线，B、C 错；氢原子在 n2 的能级吸收能量超过 3.4 eV 的光子时，才能电离，D

15、 错。7氢原子的基态能级 E113.6 eV，第 n 能级 En ，若氢原子从 n3 能级跃迁到E1n2n2 能级时发出的光能使某金属发生光电效应，则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属发生光电效应的是( )A从 n2 能级跃迁到 n1 能级B从 n4 能级跃迁到 n3 能级- 6 -C从 n5 能级跃迁到 n3 能级D从 n6 能级跃迁到 n5 能级解析：选 A 由 En 可得各能级：E 2 eV3.4 eV，E3 eV1.51 E1n2 13.64 13.69eV，E4 eV0.85 eV，E5 eV0.54 eV，E6 eV0.38 eV。氢原 13.616 13.625 13.636子由

16、高能级向低能级跃迁时， 辐射光子，由 hEE可得： 0 ，1 ，2E3 E2h E2 E1h，3 ，4 ，又 E3E 21.89 eV，E2E 110.2 eV，E4E 30.66 E4 E3h E5 E3h E6 E5heV，E5 E30.97 eV，E 6E 50.16 eV，故只有 10，A 选项 正确。8.如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )A从 n4 能级跃迁到 n3 能级比从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出电磁波的波长长B从 n5 能级跃迁到 n1 能级比从 n5 能级跃迁到 n4 能级辐射出电磁波的速度大C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D从高能级向

17、低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解析：选 A 根据 EmE nhh 可得 h ，则从 n4 能级跃迁到 n3 能级比c cEm En从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出的电磁波的波长要长，故 A 选项正确；由于电磁波在空气中的传播速度都是相同的，接近光速，故 B 选项错误；根据氢原子的电子云图可知，处于不同能级时，核外电子在各处出现 的概率是不一样的，故 C 选项错误；从高能级向低能级跃迁时，原子一定向外以光子的形式释放能量，故 D 选项错误。二、多项选择题(本题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分)9如图为 粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜

18、分别放在图中 A、B、C 、D 四处位置。则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数一定不符合事实的是( )- 7 -A1 305、25、7、1 B202、405、625、825C1 202、1 010、723、203 D1 202、1 305、723、203解析：选 BCD 根据 粒子散射实验的统计结果，大多数粒子能按原来方向前 进，少数粒子方向发生了偏转，极少数粒子偏 转超过 90，甚至有的被反向弹回。所以在相等 时间内 A 处闪烁次数最多，其次是 B、C、D 三处，并且数据相差比较大，所以只有选项 A 符合事实。10氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是

19、( )A核外电子受力变小B原子的能量减少，电子的动能增加C氢原子要吸收一定频率的光子D氢原子要放出一定频率的光子解析：选 BD 氢原子的核外 电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时， r 减小，由库仑定律知核外电子受力变大， A 错；由 得 Ek mv2 ，知电子的动能变大，由ke2r2 mv2r 12 ke22rEn eV 知，n 减小时原子能量减少， B 对；电子由高能级向低能级跃迁时放出一定频率13.6n2的光子，C 错， D 对。11对玻尔理论的评论，正确的是( )A玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动B玻尔理论成功地解释了氢原子光谱

20、的规律，为量子力学的建立奠定了基础C玻尔理论的成功之处是引入量子观念D玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念解析：选 BC 玻尔原子理论 的成功之处在于引入量子观点，并成功地解释了氢原子光谱的规律，B 、C 正确。12.氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间。由此可推知，氢原子( )A从高能级向 n1 能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向 n2 能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从 n3 能级向 n2 能级跃迁时发出的光为可见光解析：选 AD 从高能

21、级向 n1 的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为 10.2 eV，大于可见光的光子能量， 故发出的光的波长比可见光的短，A 正确； 已知可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间，从高能 级向 n2 能级跃迁时发 出的光的能量小于等于 3.40 eV，B- 8 -错误；从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于 3.11 eV 的光的频率才比可见光高，C 错误；从 n3 到 n2 的过程中释放的光的能量等于 1.89 eV，介于 1.62 eV 到 3.11 eV 之间，所以是可见光，D 正确。三、非选择题(本题共 6 小题，共 52 分)13(4 分) 按照

22、玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量_(选填“越大”或“ 越小”) 。已知氢原子的基态能量为 E1(E10)，电子质量为 m，基态氢原子中的电子吸收一频率为 的光子被电离后，电子速度大小为_(普朗克常量为 h)。解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据 动能定理有，hE 1 mv2，所以 电离后电 子速度为 。12 2h E1m答案：越大 2h E1m14(6 分) 根据氢原子的玻尔模型，试比较核外电子在第 1、3 轨道上运动时，其轨道半径之比为_，电子绕核运动速率之比为_，运行周期之比为_。解析：根据玻尔氢原子模型的轨道量子化结论有， 轨道半径 rnn 2r

23、1，所以r1r31 2321 9。电子运行时的向心力由库仑力提供，所以有 m 。解得 vn ，即 vn 。所以ke2rn2 vn2rn ke2mrn 1rnv1v3 3 1。电子运行周期 Tn 。所以 T1T3 127。1r1 1r3 2rnvn r1v1r3v3答案：19 31 12715(6 分) 用光子能量为 15 eV 的电磁波去照射处于基态( n1) 的氢原子，问能否使这些氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？解析：由于入射光子的能量 15 eV 大于 13.6 eV，所以 这些 氢原子能被电离。被电离后的电子具有的动能为(1513.6) eV1.4 eV 。答

24、案：能 1.4 eV16(9 分) 已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.40 eV 和1.51 eV，金属钠的截止频率为 5.531014 Hz，普朗克常量 h6.6310 34 Js。请通过计算判断，用氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。解析：氢原子放出的光子能量EE 3E 2，代入数据得 E1.89 eV，金属钠的逸出功 W0h c，- 9 -代入数据得 W02.3 eV因为 EW0，所以不能发生光电效应。答案：不能发生光电效应17(12 分) 将氢原子电离，就是从外部供给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。(1

25、)若要使 n2 激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？(2)若用波长为 200 nm 的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量 e 1.61019 C，电子质量 me0.9110 30 kg)解析：(1)n2 时， E2 eV3.4 eV， 13.622n时，E 0要使 n2 的氢原子电离，电离能EE E 23.4 eV， Hz8.2110 14 Hz。Eh 3.41.610 196.6310 34(2)波长为 200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量为E0h hc6.6310 34 J310820010 99.94510 19 J电离能 E3

26、.41.610 19 J5.4410 19 J由能量守恒 hE mev2，12代入数值解得 v9.9510 5 m/s。答案：(1)8.2110 14 Hz (2)9.9510 5 m/s18(15 分) 氢原子处于基态时，原子的能量为 E113.6 eV，当处于 n3 的激发态时，能量为 E31.51 eV，普朗克常量 h6.6310 34 Js，则：(1)当氢原子从 n3 的激发态跃迁到 n1 的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？(3)若有大量的氢原子处于 n3 的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中波长

27、最长的是多少？解析：(1)据玻尔理论 E3E 1hc- 10 -hcE3 E1 m6.6310 343108 1.51 13.61.610 191.0310 7 m。(2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足 h0E 1解得 E1h Hz 13.61.610 196.6310 343.2810 15 Hz。(3)当大量氢原子处于 n3 能级时，可释放出的光子频率种数为NC 323由于 E2 E122 13.6 eV43.4 eV氢原子由 n3 向 n2 跃迁时放出的光子波长最长，设为 ，则 h E 3 E2c所以 hcE3 E2 m6.6310 343108 1.51 3.41.610 196.5810 7 m。答案：(1)1.0310 7 m(2)3.281015 Hz(3)3 种 6.5810 7 m- 11 -