專 題 二 原 子 結(jié) 構(gòu) 負(fù) 電 場 磁 場 負(fù) -1.6 10-19 C 大 多 數(shù) 極 少 數(shù) 少 數(shù) 反 彈 庫 侖 斥 電 勢 能 動 能 不 變 原 子 核 核 外 電 子 發(fā) 射 光 譜 吸 收 光 譜 H 2 21 1R ( )2 n 定 態(tài) 躍 遷 1E 13.6 eV 101r 0.53 10 m 12E n 1,2,3n （ ）2 1n r (n 1 2 3 )， ， 一 、 盧 瑟 福 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型盧 瑟 福 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型 建 立 在 粒 子 散 射 實 驗 的 基 礎(chǔ) 上 ,主 要 從 以 下 兩 方 面 進(jìn) 行 考 查 : 1. 粒 子 散 射 實 驗 的 考 查 :主 要 是 對 散 射 實 驗 裝 置 (包 括 對 儀 器 作 用 的 簡 單 描 述 )、實 驗 現(xiàn) 象 、 實 驗 現(xiàn) 象 的 分 析 和 結(jié) 論 以 及 實 驗 意 義 的 考查 ,正 確 解 答 這 類 問 題 需 要 在 學(xué) 習(xí) 過 程 中 模 擬 物 理 情 景 ,理 解 分 析 實 驗 現(xiàn) 象 ,并 進(jìn) 行 歸 納 、 記 憶 。 2.盧 瑟 福 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型 的 考 查 :主 要 是 對 核 式 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 容 的 描 述 和 理 解 ,并 且 知 道 原 子 是由 原 子 核 和 核 外 電 子 組 成 的 。 【 典 例 1】 (多 選 )關(guān) 于 粒 子 散 射 實 驗 現(xiàn) 象 的 分 析 ,下列 說 法 正 確 的 是 ( )A.絕 大 多 數(shù) 粒 子 沿 原 方 向 運(yùn) 動 ,說 明 正 電 荷 在 原 子 內(nèi)均 勻 分 布 ,是 粒 子 受 力 平 衡 的 結(jié) 果B.絕 大 多 數(shù) 粒 子 沿 原 方 向 運(yùn) 動 ,說 明 這 些 粒 子 未 受到 明 顯 的 力 的 作 用 ,說 明 原 子 是 “ 中 空 ” 的 C.極 少 數(shù) 粒 子 發(fā) 生 大 角 度 偏 轉(zhuǎn) ,說 明 在 原 子 內(nèi) 部 質(zhì) 量和 電 荷 量 比 粒 子 大 得 多 的 粒 子 的 分 布 空 間 很 小D.極 少 數(shù) 粒 子 發(fā) 生 大 角 度 偏 轉(zhuǎn) ,說 明 原 子 內(nèi) 的 電 子 對 粒 子 的 吸 引 力 很 大 【 正 確 解 答 】 選 B、 C。 在 粒 子 散 射 實 驗 中 ,絕 大 多 數(shù) 粒 子 沿 原 方 向 運(yùn) 動 ,說 明 粒 子 未 受 到 原 子 核 明 顯 的力 的 作 用 ,也 說 明 原 子 核 相 對 原 子 來 講 很 小 ,原 子 內(nèi) 大部 分 空 間 是 空 的 ,故 A錯 ,B對 ;極 少 數(shù) 粒 子 發(fā) 生 大 角 度偏 轉(zhuǎn) ,說 明 粒 子 受 到 原 子 核 明 顯 的 力 的 作 用 的 空 間 在原 子 內(nèi) 很 小 ; 粒 子 偏 轉(zhuǎn) ,而 原 子 核 未 動 ,說 明 原 子 核 的質(zhì) 量 和 電 荷 量 遠(yuǎn) 大 于 粒 子 的 質(zhì) 量 和 電 荷 量 ,電 子 的 質(zhì)量 遠(yuǎn) 小 于 粒 子 的 質(zhì) 量 , 粒 子 打 在 電 子 上 ,不 會 有 明顯 偏 轉(zhuǎn) ,故 C對 ,D錯 。 【 變 式 訓(xùn) 練 】(多 選 )盧 瑟 福 的 粒 子 散 射 實 驗 說 明 了 ( )A.原 子 內(nèi) 的 正 電 荷 全 部 集 中 在 原 子 核 里B.原 子 內(nèi) 的 正 電 荷 均 勻 分 布 在 它 的 全 部 體 積 上C.原 子 內(nèi) 的 正 負(fù) 電 荷 是 一 對 一 整 齊 排 列 的D.原 子 幾 乎 全 部 的 質(zhì) 量 都 集 中 在 原 子 核 里 【 解 析 】 選 A、 D。 根 據(jù) 對 盧 瑟 福 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型 的 內(nèi) 容分 析 可 知 ,選 項 B、 C錯 誤 ,選 項 A、 D正 確 。 二 、 玻 爾 理 論1.基 本 內(nèi) 容 :(1)原 子 的 能 量 是 量 子 化 的 ,En= E1(n=1,2,3 En為 動能 、 電 勢 能 之 和 )。(2)電 子 的 軌 道 是 量 子 化 的 ,rn=n2r1(n=1,2,3 )。(3)能 級 躍 遷 時 輻 射 或 吸 收 光 子 的 能 量 h =En-Em(nm)。 21n 2.考 查 內(nèi) 容 :(1)原 子 躍 遷 :電 勢 能 與 動 能 的 變 化 情 況n增 大 時 ,電 子 的 動 能 減 小 而 電 勢 能 增 加 ,總 能 量 增 加 。反 之 ,電 子 的 動 能 增 大 而 電 勢 能 減 少 ,總 能 量 減 少 。(2)氫 原 子 光 譜 的 說 明 。 (3)氫 原 子 的 能 級 結(jié) 構(gòu) 、 能 級 公 式 。(4)氫 原 子 能 級 圖 的 應(yīng) 用 。(5)氫 原 子 的 輻 射 和 吸 收 理 論 。 【 典 例 2】 有 一 群 氫 原 子 處 于 量 子 數(shù) n=4的 激 發(fā) 態(tài) 中 ,(1)能 發(fā) 出 幾 條 光 譜 線 ?其 中 最 高 頻 率 、 最 低 頻 率 各 為多 少 ?(2)若 有 一 個 氫 原 子 處 于 量 子 數(shù) n=4的 激 發(fā) 態(tài) ,則 它 最 多能 發(fā) 出 幾 種 頻 率 的 光 子 ? 【 正 確 解 答 】 (1)一 群 氫 原 子 向 低 能 級 躍 遷 時 ,各 種 躍遷 方 式 都 會 發(fā) 生 ,即 可 以 從 n=4的 激 發(fā) 態(tài) 到 n=3、 n=2、n=1的 各 能 級 ;再 從 n=3的 激 發(fā) 態(tài) 到 n=2、 n=1的 各 能 級 ;再 從 n=2的 激 發(fā) 態(tài) 到 n=1的 基 態(tài) ,故 有 N= =6種 頻率 的 光 子 產(chǎn) 生 。 圖 為 躍 遷 示 意 圖 。 n n 12 最 高 頻 率 的 光 子 滿 足h 1=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV=2.04 10-18J, 1=3.1 1015Hz。最 低 頻 率 的 光 子 滿 足h 2=-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV=1.056 10-19J, 2=1.6 1014Hz。 (2)任 意 一 群 氫 原 子 和 一 個 氫 原 子 躍 遷 的 差 別 ,前 者 各種 躍 遷 途 徑 均 會 產(chǎn) 生 ,后 者 只 能 以 某 一 種 途 徑 進(jìn) 行 躍 遷 。一 個 氫 原 子 向 較 低 能 級 躍 遷 最 多 有 三 種 頻 率 的 光 子 ,因為 它 從 n=4的 能 級 躍 遷 至 n=3時 就 一 定 不 存 在 由 n=4的 能級 直 接 躍 遷 至 n=1的 能 級 的 可 能 性 。答 案 :(1)6種 3.1 1015Hz 1.6 1014Hz (2)3種 【 變 式 訓(xùn) 練 】一 個 容 器 中 有 2g氫 氣 ,假 設(shè) 所 有 氫 原 子 均 處 于 第 5能 級 ,在 向 低 能 級 躍 遷 時 ,求 :(1)一 共 能 輻 射 幾 種 光 子 ?(2)若 阿 伏 加 德 羅 常 數(shù) 用 NA表 示 ,當(dāng) 所 有 氫 原 子 都 躍 遷到 基 態(tài) 時 ,輻 射 的 光 子 總 數(shù) 為 多 少 ?(同 等 情 況 下 ,各 種躍 遷 方 式 的 概 率 都 相 同 ) 【 解 析 】 (1)輻 射 的 光 子 種 類 N= =10種 。(2)2g氫 氣 共 含 有 2NA個 氫 原 子 ,如 圖 所 示 , n n 12 處 于 第 5能 級 時 ,有 4種 躍 遷 方 式 ,每 種 躍 遷 方 式 各 放 出 2NA= NA個 光 子 ;處 于 第 4能 級 的 原 子 數(shù) 為 NA,有 3種 躍 遷 方 式 ,各 放 出 NA= NA個 光 子 ;處 于 第 3能 級 的 原 子 數(shù) 為 NA+ NA= NA,有 兩 種 躍 遷 方式 ,各 放 出 NA= NA個 光 子 ;14 12 1213 12 16 12 16 2312 23 13 處 于 第 2能 級 的 原 子 數(shù) 為 NA+ NA+ NA=NA,只 有 一 種躍 遷 方 式 ,放 出 NA個 光 子 ;放 出 的 光 子 總 數(shù) 為 N總 =4 NA+3 NA+2 NA+NA= NA。答 案 :(1)10種 (2) NA 131612 1612 13256256