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第2講　原子結(jié)構(gòu)
一、原子的核式結(jié)構(gòu)
1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果.
絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方
向前進(jìn)，但　　　　α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，　　　　α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至被撞了回來(lái)，如圖所示.
2.原子的核式結(jié)構(gòu).
在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的　　　　和　　　　幾乎都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).
少數(shù)
極少數(shù)
正電荷
質(zhì)量
二、玻爾理論
1.定態(tài)：原子只能處于一系列　　　　的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是　　　　的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量.
2.躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它　　　　或　　　　一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定.即hν=　　　　.（h是普朗克常量，h=6.626×10-34 J·s）
3.軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的軌道可能也是　　　　的.
不連續(xù)
穩(wěn)定
輻射
吸收
Em-En
不連續(xù)
1.［α粒子散射實(shí)驗(yàn)］（多選）如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置進(jìn)行觀察，對(duì)于觀察到的現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是 （　　）
A.放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上
的閃光次數(shù)最多
B.放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些
C.放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光
D.放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少
ABD　
【解析】根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，A、B、D正確.
2.［氫原子光譜］下列有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的是 （　　）
A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜
B.氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定頻率的光
C.氫原子光譜說(shuō)明氫原子能量是連續(xù)的
D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無(wú)關(guān)
B
3.［能級(jí)］（多選）如圖是氫原子的能級(jí)圖，一群氫原子處于n=3能級(jí)，下列說(shuō)法正確的是 （　　）
A.這群氫原子躍遷時(shí)能夠發(fā)出3種不同頻率的波
B.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2 eV
C.從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)
D.這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級(jí)躍遷
AC
考點(diǎn)1　原子的核式結(jié)構(gòu)　［能力考點(diǎn)］
1.湯姆孫原子模型
（1）電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子.電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可再分的.
（2）湯姆孫原子模型：原子里面帶正電荷的物質(zhì)均勻分布在整個(gè)原子球體中，而帶負(fù)電的電子則一粒粒鑲嵌在球內(nèi).
2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)
（1）α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置.
（2）α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來(lái)”.
3.原子的核式結(jié)構(gòu)模型
（1）α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.
①核外電子不會(huì)使α粒子的速度發(fā)生明顯改變.
②湯姆孫模型不能解釋?duì)亮Ｗ拥拇蠼嵌壬⑸?
③絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過(guò)金箔，說(shuō)明原子中絕大部分是空的；少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對(duì)α粒子有斥力的正電荷；極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來(lái)”，反映了個(gè)別α粒子正對(duì)著質(zhì)量比α粒子大得多的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到該物體很大的斥力作用.
（2）原子的核式結(jié)構(gòu)模型.
在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn).
（3）核式結(jié)構(gòu)模型的局限性.
盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋?duì)亮Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜是分立的線狀譜和原子的穩(wěn)定性.
例1　如圖所示是盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，在一個(gè)小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn).下列正確的是 （　　）
A.該實(shí)驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型
的重要依據(jù)
B.該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性
C.α粒子與原子中的電子碰撞會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)
D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)
A
【解析】盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，A正確，B錯(cuò)誤；電子質(zhì)量太小，對(duì)α粒子的影響不大，C錯(cuò)誤；絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原方向前進(jìn)，D錯(cuò)誤.
1.（2024年江門模擬）（多選）α粒子散射實(shí)驗(yàn)是近代物理學(xué)中經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)之一，盧瑟福通過(guò)該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.下列說(shuō)法正確的是 （　　）
A.熒光屏在B位置的亮斑比A位置多
B.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子的正電荷和絕大部
分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上
C.熒光屏在C位置的亮斑比A、B位置少
D.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子質(zhì)量均勻地分布在原子內(nèi)
BC
【解析】根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大多數(shù)粒子通過(guò)金箔后方向不變，少數(shù)粒子方向發(fā)生改變，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°，甚至有的被反向彈回，可知熒光屏在B位置的亮斑比A位置少，熒光屏在C位置的亮斑比A、B位置少，A錯(cuò)誤，C正確；該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上，而不是原子質(zhì)量均勻地分布在原子內(nèi)，B正確，D錯(cuò)誤.
2.（多選）對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋正確的是 （　　）
A.使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對(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
BCD
考點(diǎn)2　能級(jí)躍遷　［能力考點(diǎn)］
1.對(duì)氫原子能級(jí)圖的理解
（1）能級(jí)圖如圖所示.
（2）能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說(shuō)明.
相關(guān)量 意義
能級(jí)圖中的橫線 表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)
橫線左端的數(shù)字“1，2，3，…” 表示量子數(shù)
橫線右端的數(shù)字“-13.6，-3.4，…” 表示氫原子的能量
帶箭頭的豎線 表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷的條件為hν=Em-En
例2　（2024年安徽卷）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.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
B
例3　（2024年重慶卷）（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)
BD
【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，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，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-（-13.60） 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)，D正確.
1.（2024年江西卷）近年來(lái)，江西省科學(xué)家發(fā)明硅襯底氮化鎵基系列發(fā)光二極管（LED），開(kāi)創(chuàng)了國(guó)際上第三條LED技術(shù)路線.某氮化鎵基LED材料的簡(jiǎn)化能級(jí)如圖所示，若能級(jí)差為2.20 eV（約3.52×10-19 J），普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，則發(fā)光頻率約為 （　　）
A.6.38×1014Hz B.5.67×1014Hz
C.5.31×1014Hz D.4.67×1014Hz
C
【解析】根據(jù)題意可知，輻射出的光子能量ε=3.52×10-19 J，由ε=hν，解得頻率ν≈5.31×1014 Hz，C正確.
2.（2023年江蘇卷）“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
D
【解析】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時(shí)有EⅡ-EⅠ=hν0，且從激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ向下躍遷到基態(tài)Ⅰ的過(guò)程有EⅡ-EⅠ=hν1+hν2+hν3，聯(lián)立解得ν2=ν0-ν1-ν3，D正確.
知識(shí)鞏固練
1.有些金屬原子受激后，從某激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時(shí)，會(huì)發(fā)出特定顏色的光.圖甲所示為鈉原子和鋰原子分別從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的能級(jí)差值，鈉原子發(fā)出頻率為5.09×1014Hz的黃光，可見(jiàn)光譜如圖乙所示.鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為 （　　）
A.紅色　　B.橙色　　
C.綠色　　D.青色
（本欄目對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P449）
甲
乙
A
【解析】由波爾理論結(jié)合普朗克的量子假說(shuō)，即E=hν，根據(jù)圖甲可得ENa=hνNa，ELi=hνLi，代入數(shù)據(jù)可得νLi≈4.48×1014Hz，對(duì)照?qǐng)D乙可知，鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為紅光.故選A.
A
3.如圖，大量氫原子從n=4的能級(jí)向n=2的能級(jí)躍遷時(shí)輻射出可見(jiàn)光a，從n=3的能級(jí)向n=2的能級(jí)躍遷時(shí)輻射出可見(jiàn)光b，則 （　　）
A.氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能會(huì)輻射出γ射線
B.氫原子從n=4的能級(jí)向n=3的能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)輻射出紫外線
C.在水中傳播時(shí)，a光較b光的速度小
D.氫原子在n=2的能級(jí)時(shí)可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離
C
D
綜合提升練
5.用如圖甲所示的裝置做氫氣放電管實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到四種頻率的可見(jiàn)光.已知可見(jiàn)光的光子能量在1.6~3.1 eV之間，氫原子能級(jí)圖如圖乙所示.下列說(shuō)法正確的是 （　　）
A.觀測(cè)到的可見(jiàn)光可能是氫原子由高
能級(jí)向n=3的能級(jí)躍遷時(shí)放出的
B.n=2能級(jí)的氫原子吸收上述某可見(jiàn)光后可能會(huì)電離
C.大量氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)會(huì)輻射出紫外線
D.大量n=4能級(jí)的氫原子最多能輻射出4種頻率的光
C
6.根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級(jí)圖如圖甲所示，大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的復(fù)色光通過(guò)玻璃三棱鏡后能分成如圖乙所示的a、b、c、d四條可見(jiàn)光束.已知可見(jiàn)光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間，則b光為 （　　）
A.第6能級(jí)向第 2 能級(jí)躍遷產(chǎn)生的
B.第 4能級(jí)向第2 能級(jí)躍遷產(chǎn)生的
C.第6能級(jí)向第1能級(jí)躍遷產(chǎn)生的
D.第4能級(jí)向第1能級(jí)躍遷產(chǎn)生的
B
【解析】根據(jù)玻爾原子模型理論，依題意，因光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間，不可能任何一個(gè)較高能級(jí)向第1能級(jí)躍遷而產(chǎn)生，因?yàn)閺牡?能級(jí)到第1能級(jí)輻射的光子能量最低，為10.2 eV，C、D錯(cuò)誤；結(jié)合前面分析，因光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間，也不可能是更高能級(jí)向第3能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，因?yàn)檩椛涞淖罡吣芰繛?.51 eV，所以一定是從較高能級(jí)向第2能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的；根據(jù)玻爾理論，第7能級(jí)向第 2 能級(jí)躍遷輻射光子的能量大于3.11 eV，所以a、b、c、d四條光束只能是第6、5、4、3能級(jí)向第2能級(jí)躍遷輻射產(chǎn)生，且輻射光子能量依次減小；a、b、c、d四條可見(jiàn)光通過(guò)三棱鏡，根據(jù)偏折程度可知，d光光子能量最大，b光光子能量第三，所以b光為第 4能級(jí)向第2 能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，A錯(cuò)誤，B正確.

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