第一環(huán)節(jié)　必備知識落實
第二環(huán)節(jié)　關(guān)鍵能力形成
1.電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子,提出了原子的“西瓜模型”或“棗糕模型”。
2.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)1911年,英國物理學(xué)家盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。(2)α粒子散射實驗的結(jié)果:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,也就是說它們幾乎被“撞了回來”,如圖所示。?α粒子散射實驗圖像(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型:原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部 質(zhì)量,電子在正電體的外面運動。
追本溯源下圖為盧瑟福和他的助手做α粒子散射實驗時實驗裝置的示意圖。請問熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時,觀察到的閃光次數(shù)有什么不同?
提示 放在A位置時相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多;放在B位置時相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時少;放在C位置時相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在B位置時更少;放在D位置時,屏上仍能觀察到一些閃光,但次數(shù)極少。
1.光譜用光柵或棱鏡可以把光按波長展開,獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄,即光譜。2.光譜分類
1.定態(tài)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運動,但并不向外輻射能量。2.躍遷原子從一個能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量態(tài)時,它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個能量態(tài)的能量差決定,即hν=En-Em(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動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。
4.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級圖(如圖所示)。
1.思考判斷(1)α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上。(　　)(2)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時,氫原子輻射的光子能量為hν=En。(　　)(3)按照玻爾理論,核外電子均勻地分布在各個不連續(xù)的軌道上。(　　)(4)氫原子吸收光子后,將從高能級向低能級躍遷。(　　)
2.在盧瑟福α粒子散射實驗中,有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),其原因是(　　)A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B.正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C.原子中存在著帶負(fù)電的電子D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中
解析:盧瑟福α粒子散射實驗中,使盧瑟福驚奇的就是有少量α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn),這是由于α粒子帶正電,而原子核極小,且原子核帶正電,A正確,B錯誤。α粒子能接近原子核的機會很小,大多數(shù)α粒子都從核外的空間穿過,而與電子碰撞時如同子彈碰到塵埃一樣,運動方向不會發(fā)生改變,C、D的說法沒錯,但與題意不符。
3.關(guān)于光譜和光譜分析,以下說法正確的是(　　)A.太陽光譜是連續(xù)譜,氫原子光譜是線狀譜B.光譜分析的優(yōu)點是靈敏而且迅速C.分析某種物質(zhì)的化學(xué)組成,可以使這種物質(zhì)發(fā)出的白光通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣,取得吸收光譜進(jìn)行分析D.通過月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素
解析:太陽光譜是吸收光譜,A錯誤。光譜分析的優(yōu)點是靈敏而迅速,B正確。分析某種物質(zhì)的組成,可用白光照射其低溫蒸氣,產(chǎn)生吸收光譜進(jìn)行分析,C錯誤。月球不能發(fā)光,它只能反射太陽光,故其光譜是太陽光譜,不是月球的光譜,不能用來分析月球上的元素,D錯誤。
整合構(gòu)建1.α粒子散射實驗結(jié)果分析(1)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變。(2)湯姆孫模型不能解釋α粒子的大角度散射。(3)絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過金箔,說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α粒子有斥力的正電荷;極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”,反映了個別α粒子正對著質(zhì)量比α粒子大得多的物體運動時,受到該物體很大的斥力作用。2.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α粒子散射實驗現(xiàn)象,但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性。
訓(xùn)練突破1.(多選) 如圖所示,O點表示金原子核的位置,曲線ab和cd表示經(jīng)過該原子核附近的α粒子的運動軌跡,其中可能正確的是(　　)
解析:在α粒子的散射現(xiàn)象中,粒子所受原子核的作用力是斥力,且合力指向軌跡的內(nèi)側(cè),越靠近原子核的粒子受到的斥力越大,軌跡的偏轉(zhuǎn)角越大, 而顯然C中粒子受力是引力,故選BD。
2.下圖是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置示意圖,在一個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。下列說法正確的是(　　)?A.該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B.該實驗證實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)
解析:盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗,提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型,選項A正確,B錯誤。電子質(zhì)量太小,與α粒子碰撞對α粒子運動的影響不大,選項C錯誤。α粒子散射實驗的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原方向前進(jìn),選項D錯誤。
整合構(gòu)建1.氫原子的能級圖(1)氫原子的能級圖如圖所示。
(2)能級圖中相關(guān)量意義的說明:
2.電離電離態(tài):n=∞,E=0。基態(tài)→電離態(tài):E吸>0-(-13.6 eV)=13.6 eV。激發(fā)態(tài)→電離態(tài):E吸>0-Em=|Em|。若吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還攜帶動能。
思維點撥(1)如何求不同能級的能量?(2)光子使氫原子發(fā)生躍遷與電子使氫原子發(fā)生躍遷有什么不同?
(2)吸收的光子能量只能是兩能級之差;由于電子的動能可全部或部分被原子吸收,所以只要電子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E=En-Em),均可使原子發(fā)生能級躍遷。
【典例2】 (多選) 下圖為氫原子的能級圖。光子能量為13.06 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子,下列說法正確的是(　　)?A.氫原子從n=4的能級向n=3的能級躍遷時輻射光的波長最短B.輻射光中,光子能量為0.31 eV的光波長最長C.用此光子照射基態(tài)的氫原子,能夠使其電離D.用光子能量為14.2 eV的光照射基態(tài)的氫原子,能夠使其電離
解析:因為-13.6 eV+13.06 eV=-0.54 eV,知氫原子躍遷到第5能級;從n=5的能級躍遷到n=1的能級輻射的光子能量最大,波長最短;從n=5的能級躍遷到n=4的能級輻射的光子能量為E5-E4=-0.54 eV-(-0.85 eV)=0.31 eV,波長最長,故A、C錯誤,B正確。用光子能量為14.2 eV的光照射基態(tài)的氫原子,因為14.2 eV>13.6 eV,所以能夠使其電離,故D正確。
訓(xùn)練突破3.(2023·湖北卷)2022年10月,我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測波長為121.6 nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2 eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖,可知此譜線來源于太陽中氫原子(　　)A.n=2和n=1能級之間的躍遷B.n=3和n=1能級之間的躍遷C.n=3和n=2能級之間的躍遷D.n=4和n=2能級之間的躍遷

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