专
题
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六:原子结构与能级跃迁
大沥高中高一物理提高班2011—2012学年度第二学期第二课堂学案
专题六:原子结构与能级跃迁
设计人:周加明 2012年3月28日
一、知识盘点
1、电子的发现:汤姆生通过对阴极射线的研究,确定了射线的带电性质并通过实验巧妙地测出了这种射线的比荷,确定了它是一种带负电的,质量很小的粒子,并把它命名为电子。汤姆生被称为电子之父。电子的发出让人们认识到,原子还可以再分,电子是组成原子的一部分。 2、核式结构模型的建立:卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,提出了核式结构模型,很好地解释了实验现象,被人们所接受。
(1)α粒子散射实验:用α粒子(小粒子)轰击金原子(大原子),用电子显微镜观察发现,绝大多数α粒子不偏转,有少数α粒子会发生偏转,极少数α粒子会发生大角度偏转甚至被弹回。(为什么用α粒子散射实验研究原子结构,原子结构无法直接观察到,要用高速粒子进行轰击,根据粒子的散射情况
分析
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判断原子的结构,而α粒子有足够的能量,可以穿过原子,并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况,所以选取α粒子进行散射实验.)
(2)核式结构模型:原子由集中了全部正电荷和几乎全部质量的原子核及核外电子组成,原子直
-10-15径的数量级为10m,原子核直径的数量级为10m。
3、氢原子光谱:氢原子的光谱是一系列不连续的谱线,其中巴耳末系有四条谱线在可见光区域内。原子光谱分析是鉴别物质的一种重要方法,原子光谱被称为原子的“指纹”。 4、氢原子的能级结构与跃迁:
玻尔的原子理论——三条假设
(1)“定态假设”:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中,电子虽做变速运动,但并不向外辐射电磁波,这样的相对稳定的状态称为定态。
定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围:原子中电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约。
(2)“跃迁假设”:电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波,但电子在两个不同定态间发生跃迁时,却要辐射(吸收)电磁波(光子),其频率由两个定态的能量差值决定hv=E-E。 mn跃迁假设对发光(吸光)从微观(原子等级)上给出了解释。
(3)“轨道量子化假设”:由于能量状态的不连续,因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值,必须满足
nhmvr,(n,1,2,3?) 。 ,2
轨道量子化假设把量子观念引入原子理论,这是玻尔的原子理论之所以成功的根本原因。
氢原子能级及氢光谱
(1)氢原子能级: 原子各个定态对应的能量是不连续的,这些能量值叫做能级。
1E,E(E,,13.6eV)?能级公式:; n112n
210,r,nr(r,0.53,10m)?半径公式:。 n11
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大沥高中高一物理提高班2011—2012学年度第二学期第二课堂学案 (2)氢原子的能级图
(3)氢光谱
在氢光谱中,n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系;
n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系;
n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系;
n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系,
其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。
几个重要的关系式
1,13.6eV(1)能级公式 E,E,n122nn
(2)跃迁公式 h,,E,E 21
210,*(3)半径公式 r,nr(r,0.53,10m)n11
*(4) 动能跟n 的关系
222mvke1ke12n ,由 得 ,,,Emvknn22rr22rnnnn
2ke11(5)速度跟n 的关系 v,,,*nmrnrnn
2,r33n6)周期跟n的关系*( ,,,Trnnnvn
关系式(3)(4)(5)(6)只作了解,(5)(6)式与卫星运动类似。
氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁
此类问题可分为三种情况:
(1)光子照射氢原子,当光子的能量小于电离能时,只能满足光子的能量为两定态间能级差时才能被吸收.
(2)光子照射氢原子,当光子的能量大于电离能时,任何能量的光子都能被吸收,吸收的能量一部分用来使电子电离,另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能. (3)当粒子与原子碰撞(如电子与氢原子碰撞)时,由于粒子的动能可全部或部分被氢原子吸收,故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差,就可以使原子受激发而向高能级跃迁 二、典例分析
例1在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是( )
A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中
例2如图所示为氢原子的能级图,用光子能量为13(07 eV的光照射一群处于基态的氢原子,可能观测到氢原子发射的不同波长的光最多有多少种? ( )
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大沥高中高一物理提高班2011—2012学年度第二学期第二课堂学案
A.15 B.10
C.4 D.1
思考:若把本题中的“一群”改为“一个”,情况又如
何,
例3 图中画出了氢原子的4个能
级,并注明了相应的能量E 处在
n=4的能级的一群氢原子向低能
级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为
2(22eV。在这些光波中。能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 ( )
A.二种 B.三种 C.四种 D.五种
例4 氢原子的核外电子从半径r的轨道跃迁到半径r的轨道上,已知r,r,则 ( ) abab
A 原子要吸收光子,电子的动能增大,电势能增大。
B(原子要放出光子,电子的动能减小,电势能减小。
C(原子要吸收光子,电子的动能增加,电势能减小。
D(原子要吸收光子,电子的动能减小,电势能增大。
三、小试牛刀
1(根据玻尔理论,某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道,辐射出波长为λ的光,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则E′等于( )
A.E,h B.E,h C.E,h D.E,h 2(氢原子的基态能量为E。下列四个能级图,正确代表氢原子能级的是( ) 1
3、氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值,它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时( )
A.氢原子的能量减小,电子的动能增加 B.氢原子的能量增加,电子的动能增加
C.氢原子的能量减小,电子的动能减小 D.氢原子的能量增加,电子的动能减小 4、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之脱离原子,这种现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子
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大沥高中高一物理提高班2011—2012学年度第二学期第二课堂学案 的能级公式可简化表示为E=,,式中n=1,2,3„表示不同能级,A是正的已知常数.上述俄n
歇电子的动能是( )
A. B. C. D.
5、氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1(62 eV,3(11 eV(下列说法错误的是( )
(A)处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离
(B)大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应
(C)大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率
的光
(D)大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的
可见光
6、卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出( )
A.原子的核式结构模型 B.原子核内有中子存在
C.电子是原子的组成部分 D.原子核是由质子和中子组成的
参考答案:1、C;2、C;3、A;4、C;5、D;6、A
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