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第五章 | 原子與原子核
第一節(jié)　原子的結(jié)構(gòu)
核心素養(yǎng)點(diǎn)擊
物理觀念 (1)知道電子的發(fā)現(xiàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)模型。
(2)了解原子光譜的概念，知道氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
(3)知道經(jīng)典理論的困難在于無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特性。
(4)了解玻爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容。
(5)認(rèn)識(shí)玻爾的原子理論和盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型之間的繼承和發(fā)展關(guān)系，了解玻爾模型的不足之處及其原因。
科學(xué)思維 用經(jīng)典理論解釋原子光譜困難時(shí)，利用玻爾的原子模型解釋氫原子光譜。
科學(xué)探究 探究氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
一、原子核式結(jié)構(gòu)的提出
1．填一填
(1)湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型
湯姆孫于1898年提出一種模型，他認(rèn)為，原子是一個(gè)____體，________均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，質(zhì)量很小的_____鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫的原子模型稱為“_____模型”或“葡萄干布丁模型”。
球
正電荷
電子
棗糕
(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)
①α粒子：從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7 300倍。
②實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，整個(gè)裝置處于真空中，其中：α粒子源R是被鉛塊包圍的，它發(fā)射的α粒子經(jīng)過(guò)一條細(xì)通道，形成一束射線，打在金箔F上。顯微鏡M帶有熒光屏S，可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)到不同的方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M(jìn)行觀察。被散射的α粒子打在熒光屏上會(huì)有微弱的閃光產(chǎn)生。通過(guò)顯微鏡觀察閃光就可以記錄在某一時(shí)間內(nèi)某一方向散射的α粒子數(shù)。
絕大多數(shù)
少數(shù)
大于
撞了回來(lái)
核式結(jié)構(gòu)
原子核
正電荷
質(zhì)量
電子
(4)原子核的電荷與尺度
①原子核的電荷數(shù)非常接近它們的__________。
②原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的_____數(shù)。
③原子核的半徑的數(shù)量級(jí)為10－15～10－14 m，而原子半徑的數(shù)量級(jí)大約是10－10 m，可見原子內(nèi)部是十分“空曠”的。
2．判一判
(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆孫的原子模型是符合事實(shí)的。 ( )
(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈。 ( )
(3)α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的。 ( )
原子序數(shù)
質(zhì)子
×
×
×
3．選一選
如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，粒子打到熒光屏上都會(huì)引起閃爍，
若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則
這四處位置在相等時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)的閃爍次數(shù)符合事實(shí)的是 (　　)
A．1 305、25、7、1 B．202、405、625、825
C．1 202、1 010、723、203 D．1 202、1 305、723、203
解析：根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象可知，大多數(shù)粒子能按原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°，甚至有的被反向彈回，在相等時(shí)間內(nèi)A處閃爍次數(shù)最多，其次是B、C、D三處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，A選項(xiàng)正確。
答案：A　
二、氫原子光譜　原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)
1．填一填
(1)原子光譜：某種原子的氣體通電后可以______并產(chǎn)生固定不變的_____。
(2)經(jīng)典理論的困難
①無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性。
②無(wú)法解釋原子光譜分立的線狀譜特征。
發(fā)光
光譜
(3)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)
①能級(jí)：電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有______的能量，這些分立的________叫作原子的能級(jí)。
②躍遷：原子從_________變化到___________的過(guò)程。躍 遷時(shí)輻射出光子的能量為hν＝__________。
③基態(tài)：______能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。
④激發(fā)態(tài)：除______之外的其他狀態(tài)。
2．判一判
(1)玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)認(rèn)為電子的軌道是量子化的。 ( )
(2)電子吸收某種頻率條件的光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)。( )
(3)電子能吸收任意頻率的光子發(fā)生躍遷。 ( )
不同
能量值
一個(gè)能級(jí)
另一個(gè)能級(jí)
Em－En
最低
基態(tài)
√
√
×
3．選一選
(多選)關(guān)于玻爾的原子模型，下列說(shuō)法中正確的有 (　　)
A．它徹底地否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)
B．它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)
C．它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論
D．它引入了普朗克的量子理論
解析：玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級(jí)躍遷，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；它的成功在于引入了量子化理論，缺點(diǎn)是過(guò)多地引入經(jīng)典力學(xué)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。
答案：BD
探究(一)　　α粒子散射實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象分析
[問題驅(qū)動(dòng)]
如圖是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，各部分的作用是什么？
提示：放射源放出快速運(yùn)動(dòng)的α粒子，α粒子通過(guò)金箔時(shí)被散射，打在熒光屏上發(fā)出熒光，可通過(guò)帶有熒光屏的顯微鏡進(jìn)行觀察，并可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察不同方向和不同位置通過(guò)金箔的散射α粒子數(shù)量，整個(gè)裝置封閉在真空內(nèi)。　　　　
[重難釋解]
1．實(shí)驗(yàn)背景：α粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。
2．否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型
(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。
(2)α粒子在穿過(guò)原子時(shí)，受到各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡，對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會(huì)很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。
(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。
3．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射分析
(1)分布情況：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，原子中絕大部分是空的。
(2)受力情況
①少數(shù)α粒子靠近原子核時(shí)，受到的庫(kù)侖斥力大；
②大多數(shù)α粒子離原子核較遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力較小。
(3)偏轉(zhuǎn)情況
①絕大多數(shù)Α粒子運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)明顯變化(因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量相對(duì)于Α粒子很小)；
②少數(shù)Α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回；
③如果Α粒子幾乎正對(duì)著原子核射來(lái)，偏轉(zhuǎn)角就幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會(huì)極少。
典例1　如圖所示，根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線，實(shí)線表示一個(gè)α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在α粒子從a運(yùn)動(dòng)到b再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是 (　　)
A．動(dòng)能先增大后減小
B．電勢(shì)能先減小后增大
C．電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功，總功等于零
D．加速度先減小后增大
[答案]　C
2．庫(kù)侖力對(duì)α粒子的做功情況
(1)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。
(2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做正功，電勢(shì)能減小。
3．α粒子的能量轉(zhuǎn)化
僅有庫(kù)侖力做功時(shí)，能量只在電勢(shì)能和動(dòng)能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，且總能量保持不變。
[素養(yǎng)訓(xùn)練]
1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使α粒子散射的原因是 (　　)
A．α粒子與原子核外電子碰撞
B．α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞
C．α粒子發(fā)生明顯衍射
D．α粒子與原子核的庫(kù)侖斥力作用
解析：α粒子與原子核外電子的作用是很微弱的。由于原子核的質(zhì)量和電荷量很大，α粒子與原子核很近時(shí)，庫(kù)侖斥力很強(qiáng)，足可以使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回，使α粒子散射的原因是與原子核的庫(kù)侖斥力，選項(xiàng)D正確。
答案：D
2．X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若α粒子入射時(shí)的動(dòng)能相同，其偏轉(zhuǎn)軌跡可能是圖中的 (　　)
解析：α粒子離金核越遠(yuǎn)其所受斥力越小，軌跡彎曲程度就越小，故選項(xiàng)D正確。
答案：D
3．(多選)盧瑟福對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是 (　　)
A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因是原子中電子對(duì)α粒子的作用力
B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫(kù)侖力
C．原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)
D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過(guò)原子時(shí)離原子核近的α粒子
解析：原子核帶正電，與α粒子之間存在庫(kù)侖力，當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)受庫(kù)侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對(duì)它的影響可忽略，故A錯(cuò)誤，B正確；由于原子核非常小，絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過(guò)時(shí)離原子核較遠(yuǎn)，因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離原子核很近的α粒子受到的庫(kù)侖力較大，方向改變較多，故C、D正確。
答案：BCD
探究(二)　氫原子能級(jí)躍遷規(guī)律
[問題驅(qū)動(dòng)]
如圖所示為氫原子能級(jí)圖。
(1)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí)，氫原子的能量是多少？
提示：當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí)，氫原子的能量最小，是－13.6 eV。
(2)如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
提示：如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV，會(huì)出現(xiàn)電離現(xiàn)象。 　　
[重難釋解]
1．能級(jí)圖的理解
(1)能級(jí)圖中n稱為量子數(shù)，E1代表氫原子的基態(tài)能量，即量子數(shù)n＝1時(shí)對(duì)應(yīng)的能量，其值為－13.6 eV。En代表電子在第n個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。
(2)作能級(jí)圖時(shí)，能級(jí)橫線間的距離和相應(yīng)的能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，能級(jí)差越大，間隔越寬，所以量子數(shù)越大，能級(jí)越密，豎直線的箭頭表示原子躍遷方向，長(zhǎng)度表示輻射光子能量的大小，n＝1是原子的基態(tài)，n→∞是原子電離時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。
4．使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余，而激發(fā)到n＋1能級(jí)時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級(jí)的問題。
(2)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于兩能級(jí)的能量差值，就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。
[答案]　12.75 eV　3.08×1015 Hz　97.4 nm
[遷移·發(fā)散]
用一束單色光照射處于n＝4能級(jí)的氫原子使其電離(電子脫離原子核的束縛成為自由電子)，光子的能量至少為多大？
答案：0.85 eV
原子躍遷時(shí)需注意的三個(gè)問題
(1)注意一群原子和一個(gè)原子：
氫原子核外只有一個(gè)電子，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，只能出現(xiàn)所有可能情況中的一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)。
(2)注意直接躍遷與間接躍遷：
原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況輻射或吸收光子的頻率不同。
(3)注意躍遷與電離：
hν＝En－Em只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對(duì)于光子和原子作用使原子電離的情況，則不受此條件的限制。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過(guò)入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。
[素養(yǎng)訓(xùn)練]
1．(2024·安徽高考)大連相干光源是我國(guó)第一臺(tái)高增益自由
電子激光用戶裝置，其激光輻射所應(yīng)用的玻爾原子理論很好地
解釋了氫原子的光譜特征。如圖為氫原子的能級(jí)示意圖，已
知紫外光的光子能量大于3.11 eV，當(dāng)大量處于n＝3能級(jí)的氫原
子向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射不同頻率的紫外光有(　　)
A．1種 B．2種
C．3種 D．4種
解析：大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠輻射出不同頻率的光有C32＝3種，輻射出光子的能量分別為ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1＞3.11 eV，ΔE2＜3.11 eV，ΔE3＞3.11 eV，所以輻射不同頻率的紫外光有2種。故選B。
答案：B　
2．如圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29 eV的金屬鈉。下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A．逸出光電子的最大初動(dòng)能為10.80 eV
B．n＝3躍遷到n＝1放出的光子動(dòng)量最大
C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)
D．用0.85 eV的光子照射，氫原子可以躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)
答案： B　
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維
(選自魯科版教材“物理聊吧”)當(dāng)電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道上時(shí)，電子受原子核的作用力怎樣變化？電子的電勢(shì)能怎樣變化？在玻爾的氫原子能級(jí)公式中，為什么原子的能量是負(fù)值？
二、注重學(xué)以致用和思維建模
1．目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能級(jí)數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級(jí)的能量為En＝，其中E1＝－13.6 eV。如圖是按能量排列的電磁波譜，要使n＝20的氫原子吸收一個(gè)光子后，恰好失去一個(gè)電子變成氫離子，被吸收的光子是(　　)
A．紅外線波段的光子　　　 B．可見光波段的光子
C．紫外線波段的光子 D．X射線波段的光子
2.(2024·重慶高考)(多選)我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星
“羲和號(hào)”在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)Hα波段光譜掃描
成像。Hα和Hβ分別為氫原子由n＝3和n＝4能級(jí)向n＝2能級(jí)躍
遷產(chǎn)生的譜線(如圖)，則(　　)
A．Hα的波長(zhǎng)比Hβ的小
B．Hα的頻率比Hβ的小
C．Hβ對(duì)應(yīng)的光子能量為3.4 eV
D．Hβ對(duì)應(yīng)的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)
解析：氫原子n＝3與n＝2的能級(jí)差小于n＝4與n＝2的能級(jí)差，則Hα與Hβ相比，Hα的波長(zhǎng)大、頻率小，故A錯(cuò)誤，B正確；Hβ對(duì)應(yīng)的光子能量為E＝(－0.85)eV－(－3.40)eV＝2.55 eV，故C錯(cuò)誤；氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)至少需要能量E′＝(－3.40)eV－(－13.6)eV＝10.2 eV，Hβ對(duì)應(yīng)的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，故D正確。
答案：BD　課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十四） 原子的結(jié)構(gòu)
A組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合
1．盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是(　　)
A．電子的發(fā)現(xiàn)　　　　　　 B．中子的發(fā)現(xiàn)
C．α粒子散射實(shí)驗(yàn) D．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)
解析：選C　盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。
2．在氫原子光譜中，電子從較高能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)發(fā)出的譜線屬于巴耳末系。若一群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)發(fā)出的譜線中只有兩條屬于巴耳末系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)最多可能發(fā)出不同頻率的譜線的條數(shù)是(　　)
A．2 B．5
C．4 D．6
解析：選D　氫原子光譜中只有兩條屬于巴耳末系，即是從n＝3，n＝4軌道躍遷到n＝2軌道，故電子的較高能級(jí)應(yīng)該是在n＝4的能級(jí)上。然后從n＝4向n＝3，n＝2，n＝1躍遷，從n＝3向n＝2，n＝1，從n＝2向n＝1躍遷，故這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)最多能發(fā)出C42＝6條不同頻率的譜線。
3．(多選)我國(guó)的北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用了我國(guó)自主研制的高精度銣原子鐘和氫原子鐘，該系統(tǒng)全球定位精度已達(dá)到10米，亞太地區(qū)定位精度達(dá)到5米，它的速度精度為0.2米/秒，計(jì)時(shí)精度為20納秒。原子鐘是利用原子躍遷時(shí)吸收和釋放的電磁波來(lái)計(jì)時(shí)的。根據(jù)玻爾理論，以下說(shuō)法正確的是(　　)
A．原子核外電子的運(yùn)動(dòng)軌道可能是連續(xù)的
B．原子穩(wěn)定的能量狀態(tài)是不連續(xù)的
C．當(dāng)原子從一個(gè)定態(tài)躍遷至另一個(gè)定態(tài)時(shí)，便會(huì)吸收或釋放電磁波，并且吸收或釋放的電磁波的頻率取決于兩個(gè)定態(tài)對(duì)應(yīng)的能級(jí)差
D．不同元素的原子具有不同的特征譜線
解析：選BCD　根據(jù)玻爾理論知，電子的軌道半徑是量子化的，半徑是一系列不連續(xù)的特定值，故A錯(cuò)誤；根據(jù)玻爾理論，原子的能量狀態(tài)不可能是連續(xù)的，故B正確；原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)一定會(huì)輻射出一定頻率的光子，原子吸收了一定頻率的光子后能從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，并且吸收或釋放的電磁波的頻率取決于兩個(gè)定態(tài)對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，故C正確；不同元素的原子具有不同的特征譜線，故D正確。
4．(2024·江蘇高考)在原子躍遷中，輻射如圖所示的4種光子，其中只有一種光子可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，是哪一種(　　)
A．λ1　　　　　　 B．λ2
C．λ3 D．λ4
解析：選C　根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，只有一種光子可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，該光子對(duì)應(yīng)的能量最大，根據(jù)題圖可知，躍遷時(shí)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為λ3的光子能量最大。故選C。
5．(多選)氫原子在某三個(gè)相鄰能級(jí)之間躍遷時(shí)，可能發(fā)出三種不同波長(zhǎng)的輻射光。已知其中的兩個(gè)波長(zhǎng)分別為λ1和λ2，且λ1>λ2，則另一個(gè)波長(zhǎng)可能是(　　)
A．λ1＋λ2 B．λ1－λ2
C. D.
解析：選CD　由題設(shè)條件可知，hν3＝hν1＋hν2或hν3＝hν2－h(huán)ν1，即＝＋或＝－，由此可知選項(xiàng)C、D正確。
6．氫原子的能級(jí)圖如圖所示，不同色光的光子能量如表所示。
色光 紅 橙 黃 綠 藍(lán)—靛 紫
光子能量范圍/eV 1.61～2.00 2.00～2.07 2.07～2.14 2.14～2.53 2.53～2.76 2.76～3.10
一群處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)只有1條，其顏色為(　　)
A．紅色 B．黃色
C．綠色 D．藍(lán)—靛
解析：選A　如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級(jí)，能夠發(fā)出10.2 eV的光子，不屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級(jí)，能夠發(fā)出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三種光子，只有1.89 eV屬于紅色可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級(jí)，能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子，1.89 eV和2.55 eV屬于可見光，1.89 eV的光子為紅光，2.55 eV的光子為藍(lán)—靛。則由題意，由于一群處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)只有1條，則一定對(duì)應(yīng)著從第三能級(jí)到第二能級(jí)的躍遷，其可見光的顏色為紅光，故選A。
7.玻爾首先提出能級(jí)躍遷。如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，現(xiàn)有大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．這些氫原子總共可輻射出三種不同頻率的光子
B．氫原子由n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)產(chǎn)生的光頻率最大
C．氫原子由n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)
D．這些氫原子躍遷時(shí)輻射出光子能量的最大值為10.2 eV
解析：選A　大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，根據(jù)C32＝3知，這些氫原子可能輻射出三種不同頻率的光子，故A正確；氫原子由n＝3向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子能量最大，頻率最大，波長(zhǎng)最短，最大能量為13.6 eV－1.51 eV＝12.09 eV，故B、C、D錯(cuò)誤。
8.如圖所示是氫原子的能級(jí)圖，一群處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)能輻射出多少種頻率不同的光子？從n＝4的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，放出光子的能量多大？
解析：氫原子能級(jí)躍遷如圖所示。從圖中可以看出能輻射出6種頻率不同的光子，它們分別是n＝4→n＝3，n＝4→n＝2，n＝4→n＝1，n＝3→n＝2，n＝3→n＝1，n＝2→n＝1。
從n＝4能級(jí)的躍遷到基態(tài)輻射光子能量ΔE＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV。
答案：6種　12.75 eV
B組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新
9． “夢(mèng)天號(hào)”實(shí)驗(yàn)艙攜帶世界首套可相互比對(duì)的冷原子鐘組發(fā)射升空，對(duì)提升我國(guó)導(dǎo)航定位、深空探測(cè)等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級(jí)體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級(jí)Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級(jí)2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級(jí)1，實(shí)現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為(　　)
A．ν0＋ν1＋ν3　　　　　　 B．ν0＋ν1－ν3
C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3
解析：選D　設(shè)各能級(jí)的能量值如圖所示，則hν0＝EⅡ－EⅠ，hν1＝EⅡ－E2，hν2＝E2－E1，hν3＝E1－EⅠ，綜上所述得：ν0＝ν1＋ν2＋ν3，則ν2＝ν0－ν1－ν3，故D正確。
10．(多選)氫原子能級(jí)圖如圖所示，當(dāng)氫原子從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光子的波長(zhǎng)為λ，下列判斷正確的是(　　)
A．氫原子從n＝2的能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于λ
B．一個(gè)處于n＝4的能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多放出6種光子
C．用能量為1.0 eV的光子照射處于n＝4能級(jí)的氫原子，可以使氫原子電離
D．用能量為11.0 eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，可能使氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)
解析：選CD　從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)，能級(jí)差為E3－E2＝1.89 eV，從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)，能級(jí)差為E2－E1＝10.2 eV，根據(jù)Em－En＝hν＝h知，氫原子從n＝2的能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)輻射光的波長(zhǎng)小于λ，故A錯(cuò)誤；一個(gè)處于n＝4的能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多放出3種光子，故B錯(cuò)誤；處于n＝4能級(jí)上的氫原子能級(jí)為－0.85 eV，當(dāng)吸收的能量大于等于0.85 eV的能量，就會(huì)被電離，故C正確；用能量為11.0 eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，基態(tài)的氫原子吸收的能量可以等于10.2 eV，可以使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n＝2能級(jí)，故D正確。
11．人們?cè)谘芯吭咏Y(jié)構(gòu)時(shí)提出過(guò)許多模型，其中比較有名的是棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，它們的模型示意圖如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是(　　)
A．α粒子散射實(shí)驗(yàn)與棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無(wú)關(guān)
B．科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型
C．科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了核式結(jié)構(gòu)模型，建立了棗糕模型
D．科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型
解析：選B　α粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型的建立有關(guān)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型，故B正確。
12．氫原子基態(tài)能量E1＝－13.6 eV，電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r1＝0.53×10－10 m。求氫原子處于n＝4激發(fā)態(tài)時(shí)：
(1)原子系統(tǒng)具有的能量；
(2)電子在n＝4軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能；(已知能量關(guān)系En＝E1，半徑關(guān)系rn＝n2r1，k＝9.0×109 N·m2/C2，e＝1.6×10－19 C)
(3)若要使處于n＝2軌道上的氫原子電離，至少要用頻率為多大的電磁波照射氫原子？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
解析：(1)由En＝E1得，E4＝＝－0.85 eV。
(2)由rn＝n2r1，得r4＝16r1，由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)得
k＝m，所以Ek4＝mv2＝
＝ eV＝0.85 eV。
(3)要使處于n＝2軌道的氫原子電離，照射光的光子能量應(yīng)能使電子從第2能級(jí)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處，最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為hν＝0－，
得ν＝8.21×1014 Hz。
答案：(1)－0.85 eV　(2)0.85 eV　(3)8.21×1014 Hz
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