2025版高中物理：第十六章原子结构和波粒二象性原子核第2讲原子结构原子核

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第2讲

原子结构

原子核

对应学生用书 P356

考点一

原子结构和氢原子光谱

1.玻尔理论

(1)定态假设:电子只能处于一系列

①　　　

的能量状态中,在这些能量状态中电子绕核的运

动是

②　　　　

的,电子虽然绕核运动,但并不产生电磁辐射。:

(2)跃迁假设:电子从能量较高的定态轨道(其能量记为 En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量

记为 Em,m<n)时,会放出能量为 hν 的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,

即hν=③

。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)

(3)轨道量子化假设:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子

的定态是

④　　　　

的,因此电子的可能轨道也是

⑤　　　　

的。:

2.氢原子的能量和能级跃迁

(1)能级和半径公式

①能级公式:En=

E1(n=1,2,3,…),其中 E1为基态能量,其数值为 E1=⑥

eV。:

②半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中 r1为基态轨道半径,其数值为 r1=0.53×10-10 m。

(2)氢原子的能级图,如图所示。

答案

　①

不连续

　②

稳定

　③

En-Em

　④

不连续

　⑤

不连续

　⑥

-13.6

如图,发现:

　: :

绝大多数

: :　: :

α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,

　: :

少数

: :　: :

α粒子发生

了较大的偏转,并有

　: :

极少数

: :　: :

的α粒子偏转角超过了 90°,有些甚至被弹回,偏转角几乎达

到180°。(均选填“极少数”、“少数”或“绝大多数”)

角度 1

α粒子散射实验

(2024 届吉林期末)(多选)1909 年,物理学家卢瑟福和他的学生用 α粒子轰击金箔,研

究α粒子被散射的情况,其实验装置如图所示。关于 α粒子散射实验,下列说法正确的是(

)。

A.少数 α粒子发生了大角度的偏转,极少数 α粒子偏转的角度大于 90°

B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞

C.α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的

D.α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量

答案

解析

当α粒子穿过原子时,电子对 α粒子的影响很小,影响 α粒子运动的主要是原子

核,离核远则 α粒子受到的库仑斥力很小,运动方向改变小。只有当 α粒子与核十分接近时,

才会受到很大库仑斥力,而原子核很小,α 粒子接近它的机会很少,所以只有少数 α粒子发生

大角度的偏转,极少数 α粒子偏转的角度大于 90°,而绝大多数 α粒子基本按直线方向前进,

A项正确。α粒子大角度散射是由于它受到原子核库仑斥力的作用,而不是与电子发生碰撞,

B项错误。α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的,C 项错误。从绝大多数 α粒

子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,实验表明原子中心的核带有

原子的全部正电和几乎全部质量,D 项正确。

角度 2

玻尔理论与原子跃迁

1.两类能级跃迁

(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。光子的频率 ν=

Δ E

ℎ

E高-E低

ℎ

。

(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。吸收光子的能量必须恰好等于能级差,即

hν=ΔE。

2.光谱线条数的确定方法

(1)一个氢原子跃迁发出的光谱线条数最多为 n-1。

(2)一群氢原子跃迁发出的光谱线条数最多为 N=

n(n- 1 )

。

3.电离

(1)电离态:n=∞,E=0。

(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。

例如:氢原子从基态→电离态有 E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV。

(3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。

(2023 年山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互对比的冷原子钟组发射升空,对

提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。某原子钟工作的四能级体系如图所示,

原子吸收频率为 ν0的光子从基态能级

Ⅰ

跃迁至激发态能级

Ⅱ

,然后自发辐射出频率为 ν1的

光子,跃迁到钟跃迁的上能级 2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级 1,实现受激辐射,

发出钟激光,最后辐射出频率为 ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率 ν2为(

)。

A.ν0+ν1+ν3B.ν0+ν1-ν3

C.ν0-ν1+ν3D.ν0-ν1-ν3

答案

解析

原子吸收频率为 ν0的光子从基态能级

Ⅰ

跃迁至激发态能级

Ⅱ

时有 EⅡ-EⅠ=hν0,且

从激发态能级

Ⅱ

向下跃迁到基态

Ⅰ

的过程有EⅡ-EⅠ=hν1+hν2+hν3,联立解得ν2=ν0-ν1-ν3,D

项正确。

(2023 年辽宁卷)原子处于磁场中,某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部

分能级图如图所示,相应能级跃迁放出的光子分别设为

①②③④

。若用

①

照射某金属表面时

能发生光电效应,且逸出光电子的最大初动能为 Ek,则(

)。

A.①和

③

的能量相等

B.②的频率大于

④

的频率

C.用

②

照射该金属一定能发生光电效应

D.用

④

照射该金属逸出光电子的最大初动能小于 Ek

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