全國通用版2018_2019高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)章末小結(jié)學(xué)案新人教版.docx

第十八章 原子結(jié)構(gòu)章 末 小 結(jié)一、原子核式結(jié)構(gòu)模型1粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置：如下圖所示。(2)實(shí)驗(yàn)條件：金屬箔是由重金屬原子組成，很薄，厚度接近單原子的直徑，全部設(shè)備裝在真空環(huán)境中，因?yàn)榱Ｗ雍苋菀资箽怏w電離，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米。顯微鏡可在底盤上旋轉(zhuǎn)，可在360的范圍內(nèi)進(jìn)行觀察。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90，甚至被彈回。粒子的大角度散射現(xiàn)象無法用湯姆孫的原子模型解釋，粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果揭示了：原子內(nèi)部絕大部分是空的；原子內(nèi)部有一個(gè)很小的“核”。2核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋(1)因?yàn)樵雍撕苄?，原子的大部分空間是空的，大部分粒子穿過金箔時(shí)離核很遠(yuǎn)，受到的庫侖力很小，運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響，因而大部分粒子穿過金箔后，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變。(2)只有少數(shù)粒子從原子核附近飛過，受到原子核的庫侖力較大，才發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)。3核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(1)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)電子由離核近的軌道躍遷到離核遠(yuǎn)的軌道，能量增加，電勢能增加，動(dòng)能減少，受到的庫侖力變小。典例1(上海理工大學(xué)附中20152016學(xué)年高二下學(xué)期期中)如圖所示為盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察粒子在各個(gè)角度的散射情況。下列說法中正確的是(C)A在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B在圖中的B位置進(jìn)行觀察，屏上觀察不到任何閃光C盧瑟福選用不同金屬箔片作為粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D粒子發(fā)生散射的主要原因是粒子撞擊到金原子后產(chǎn)生的反彈解題指導(dǎo)：以“粒子散射實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象和核式結(jié)構(gòu)模型入手解答。解析：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，說明大多數(shù)粒子基本不偏折，可知金箔原子內(nèi)部很空曠，故A錯(cuò)誤；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)極少，說明極少粒子發(fā)生大角度偏折，故B錯(cuò)誤；選用不同金屬箔片作為粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似，故C正確；主要原因是粒子接近金原子后，因庫侖力作用，且質(zhì)量較大，從而出現(xiàn)的反彈，故D錯(cuò)誤。二、氫原子光譜問題1氫原子的能級(jí)圖(1)能級(jí)圖如圖所示：(2)能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說明相關(guān)量表示意義能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(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，.40”表示氫原子的能級(jí)相鄰橫線間的距離表示相鄰的能級(jí)差，量子數(shù)越大相鄰的能級(jí)差越小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hEmEn2氫原子的能級(jí)躍遷(1)氫原子的能級(jí)原子各能級(jí)的關(guān)系為：En(n為量子數(shù)，n1,2,3，)對(duì)于氫原子而言，基態(tài)能級(jí)：E113.6 eV。(2)氫原子的能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷包括輻射躍遷和吸收躍遷，可表示如下：高能級(jí)Em低能級(jí)En。典例2(重慶十一中20152016學(xué)年高二下學(xué)期檢測)如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干種不同頻率的光，下列說法正確的是(D)A這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的光頻率最小C由n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的光最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D用n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)解題指導(dǎo)：根據(jù)氫原子能級(jí)躍遷規(guī)律分析求解。解析：處于n4能級(jí)的氫原子能發(fā)射6種頻率的光，故A錯(cuò)誤；核外電子從高能級(jí)n向低能級(jí)m躍遷時(shí)，輻射的光子能量EEnEmh，故能級(jí)差越大，光子的能量也越大，即光子的頻率越大，根據(jù)可知頻率越大，波長越小，又波長越大，越易發(fā)生明顯的干涉和衍射現(xiàn)象。由圖可知當(dāng)核外電子從n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)時(shí)，能級(jí)差最小，所以放出光子的能量最小，頻率最小，波長最大，故最易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故B、C錯(cuò)誤；由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光子能量為E3.4(13.6)10.2eV，大于6.34eV，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。近幾年高考對(duì)本章內(nèi)容考查較少，考查重點(diǎn)是粒子散射實(shí)驗(yàn)、玻爾理論、氫原子光譜及氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，有時(shí)單獨(dú)考查，有時(shí)與其他知識(shí)綜合考查?？疾樾问接羞x擇題、填空題。一、考題探析例題(2018天津卷，5)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線H、H、H和H，都是氫原子中電子從量子數(shù)n2的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL由長到短，可以判定(A)AH對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小B同一介質(zhì)對(duì)H的折射率最大C同一介質(zhì)中H的傳播速度最大D用H照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則H也一定能解析：A對(duì)：根據(jù)Ehh，波長越長，光子的頻率越低，由EmEnh，知H對(duì)應(yīng)的兩能級(jí)之差最小；B錯(cuò)：光在同一介質(zhì)中傳播，頻率越高，折射率越大，故H的折射率最大，H的折射率最小；C錯(cuò)：根據(jù)n得v，則折射率越大，傳播速度越小，故在同一介質(zhì)中H的傳播速度最??；D錯(cuò)：光的頻率越高，越容易發(fā)生光電效應(yīng)，由于H的頻率小于H的頻率，H能使某一金屬發(fā)生光電效應(yīng)，而H則不一定能。二、臨場練兵1(多選)(2016海南物理，17)下列說法正確的是(ACD)A愛因斯坦在光的粒子性的基礎(chǔ)上，建立了光電效應(yīng)方程B康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量，不具有動(dòng)量C玻爾成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律D盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型E德布羅意指出微觀粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的波長就越長解析：愛因斯坦提出了光子假說，建立了光電效應(yīng)方程，故選項(xiàng)A正確；康普頓效應(yīng)表明光不僅具有能量，還具有動(dòng)量，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故C正確；盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，故D正確；德布羅意波波長為：，其中p為微粒的動(dòng)量，故動(dòng)量越大，則對(duì)應(yīng)的波長越短，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。2(2016北京理綜，13)處于n3能級(jí)的大量氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光的頻率有(C)A1種 B2種C3種 D4種解析：大量氫原子從n3能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，能級(jí)躍遷圖如圖所示，有3種躍遷情況，故輻射光的頻率有3種，選項(xiàng)C正確。3(多選)(2018浙江卷，15)氫原子的能級(jí)圖如圖所示，關(guān)于大量氫原子的能級(jí)躍遷，下列說法正確的是(可見光的波長范圍4.01077.6107m，普朗克常量h6.61034Js，真空中的光速c3.0108m/s) (BC)A氫原子從高能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)輻射射線B氫原子處在n4能級(jí)，會(huì)輻射可見光C氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，輻射的光具有顯著的熱效應(yīng)D氫原子從高能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)，輻射的光在同一介質(zhì)中傳播速度最小的光子能量為1.89eV解析：射線是原子核通過衰變產(chǎn)生的高能電磁波，與核外電子無關(guān)，則選項(xiàng)A錯(cuò)誤；Ehh，可得可見光光子的能量范圍為1.633.09eV，由題圖可知從n4能級(jí)躍遷到n2能級(jí)，E4E22.55eV，處在可見光光子的能量范圍內(nèi)，則選項(xiàng)B正確；從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)輻射出光子的最大能量為E1.51eVvbvc，EbEaEcBvbvcva，EbEaEcCvbvavc，EbEaEcDvbvaEaEc解析：金原子核和粒子都帶正電，粒子在接近金核過程中需不斷克服庫侖力做功，它的動(dòng)能減小，速度減小，電勢能增加；粒子在遠(yuǎn)離金核過程中庫侖力不斷對(duì)它做功，它的動(dòng)能增大，速度增大，電勢能減小。因此這三個(gè)位置的速度大小關(guān)系和電勢能大小關(guān)系為vbvaEaEc。4(江蘇徐州市20152016學(xué)年高二下學(xué)期期末)如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，一群原來處于n4能級(jí)的氫原子躍遷到n1能級(jí)的過程中(B)A放出三種頻率不同的光子B放出六種頻率不同的光子C氫原子放出光子后，核外電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能將減小D從n4的能級(jí)躍遷到n3的能級(jí)時(shí)，輻射出的光子的波長最短解析：根據(jù)C6知，氫原子可能輻射6種頻率的光子，故A錯(cuò)誤，B正確；核外電子從高軌道躍遷到低軌道運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)能增大，C錯(cuò)誤；根據(jù)Eh可知選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，是因?yàn)?C)A粒子與電子根本無相互作用B粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉腃粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì)D電子很小，粒子碰撞不到電子解析：粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有粒子質(zhì)量的1/7300，碰撞時(shí)對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，幾乎不改變運(yùn)動(dòng)方向，就象一顆子彈撞上一顆塵埃一樣，故答案為C。6如圖(1)所示為氫原子的能級(jí)，圖(2)為氫原子的光譜。已知譜線a是氫原子從n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)的輻射光，則譜線b是氫原子(B)A從n3的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)的輻射光B從n5的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)的輻射光C從n4的能級(jí)躍遷到n3的能級(jí)時(shí)的輻射光D從n1的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)的輻射光解析：由圖(2)看出b譜線對(duì)應(yīng)的光的頻率大于a譜線對(duì)應(yīng)的光的頻率，而a譜線是氫原子從n4能級(jí)躍遷到n2能級(jí)時(shí)的輻射光，所以b譜線對(duì)應(yīng)的能級(jí)差應(yīng)大于n4與n2間的能級(jí)差，故選項(xiàng)B正確。7(浙江省湖州市20172018學(xué)年高二下學(xué)期期末)如圖為氫原子能級(jí)圖，用波長為1的a光照射一群處于基態(tài)的氫原子，發(fā)出3種頻率的光；用波長為2的b光照射一群處于基態(tài)的氫原子，能發(fā)出6種頻率的光。則(CD)Aa光的波長1小于b光的波長2Ba光、b光同時(shí)照射一群基態(tài)氫原子能發(fā)出9種頻率的光Ca光、b光同時(shí)照射一群基態(tài)氫原子發(fā)出的所有光中，波長最短的是2Da光、b光同時(shí)照射一群基態(tài)氫原子發(fā)出的所有光中，光子能量差最大值為12.09eV解析：用波長為1的a光照射一群處于基態(tài)的氫原子，發(fā)出3種頻率的光，說明躍遷到了n3能級(jí)，即E3E1；同理用波長為2的b光照射一群處于基態(tài)的氫原子，能發(fā)出6種頻率的光，說明躍遷到了n4能級(jí)，即E4E1；則a光的波長1大于b光的波長2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；a光、b光同時(shí)照射一群基態(tài)氫原子同樣只能發(fā)出6種頻率的光，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；a光、b光同時(shí)照射一群基態(tài)氫原子發(fā)出的所有光中，頻率最大的是從n4到n1，即波長最短的是2，選項(xiàng)C正確；a光、b光同時(shí)照射一群基態(tài)氫原子發(fā)出的所有光中，光子能量最大值為從n4到基態(tài)的躍遷，對(duì)應(yīng)的能量為(0.85eV)(13.6eV)12.75eV；光子能量最小為n4到n3的躍遷，對(duì)應(yīng)的能量為(0.85eV)(1.51eV)0.66eV；光子能量差最大值為12.75eV0.66eV12.09eV，選項(xiàng)D正確。8(南昌20152016學(xué)年高二下學(xué)期檢測)如圖所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是(AC)A若在D1、D2之間不加電場和磁場，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點(diǎn)B若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D若在D1、D2之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線向上偏轉(zhuǎn)解析：實(shí)驗(yàn)證明，陰極射線是電子，它在電場中偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)偏向帶正電的極板一側(cè)，可知選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)B的說法錯(cuò)誤；加上垂直紙面向里的磁場時(shí)，電子在磁場中受洛倫茲力作用，要向下偏轉(zhuǎn)，因而選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)不加電場和磁場時(shí)，電子所受的重力可以忽略不計(jì)，因而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A的說法正確。9氫原子的能級(jí)圖如圖甲所示，一群處于基態(tài)的氫原子受到光子能量為12.75eV的紫外線照射后而發(fā)光。從這一群氫原子所發(fā)出的光中取一細(xì)束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為相互分離的x束光，這x束光都照射到逸出功為4.8eV的金屬板上(如圖乙所示)，在金屬板上有y處有光電子射出，則有(BC)Ax3Bx6Cy3Dy6解析：處于基態(tài)的氫原子吸收能量為12.75eV紫外線光子后躍遷到n4的激發(fā)態(tài)，這樣氫原子將輻射出6種能量的光子，其中有3種光子的能量大于該金屬板的逸出功(4.8eV)，所以x6，y3，故選項(xiàng)B、C正確。10有兩個(gè)質(zhì)量為m的均處于基態(tài)的氫原子A、B，A靜止，B以速度v0與它發(fā)生碰撞。已知碰撞前后二者的速度均在一條直線上，碰撞過程中部分動(dòng)能有可能被某一氫原子吸收，從而使該原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后此原子向低能級(jí)躍遷，并放出光子。若氫原子碰撞后放出一個(gè)光子，已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1(E10)。則速度v0可能為(CD)A BC D解析：由動(dòng)量守恒定律有mv02mv，碰撞過程損失的動(dòng)能為Emv2mv2，由能級(jí)躍遷知識(shí)有E至少為由n2的能級(jí)躍遷至基態(tài)時(shí)的能量變化，則EE2E1E1，聯(lián)立解得v0，故選項(xiàng)C、D正確。第卷(非選擇題共60分)二、填空題(共2小題，每小題7分，共14分。把答案直接填在橫線上)11按照玻爾原子理論，氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道，要_吸收_(選填“釋放”或“吸收”)能量。已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1(E10)，電子的質(zhì)量為m，則基態(tài)氫原子的電離能為_E1_，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子后被電離，電離后電子的速度大小為_v_。解析：氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道，原子能量增大，則需要吸收能量。氫原子的基態(tài)能量為E1(E10)，則發(fā)生電離，基態(tài)氫原子的電離能為E1。根據(jù)能量守恒得：hE1mv2，解得電離后電子的速度大小為：v。12一群氫原子處于量子數(shù)n4的能級(jí)狀態(tài)，氫原子的能級(jí)圖如圖所示，氫原子可能發(fā)射_6_種頻率的光子；氫原子由量子數(shù)n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射光子的能量是_2.55_eV; 用n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射的光子照射下表中幾種金屬，_銫_金屬能發(fā)生光電效應(yīng)。幾種金屬的逸出功金屬銫鈣鎂鈦逸出功W/eV1.92.73.74.1解析：從n4的能級(jí)躍遷，可能發(fā)射6種頻率的光子；從n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，發(fā)出的光子能量hE4E22.55eV，此值大于銫的逸出功，所以可使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)。三、論述計(jì)算題(共4小題，共46分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13(10分)電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測得的。他測定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍。這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量。密立根實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板。A板帶正電，B板帶負(fù)電，從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板之間的電場中。小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場力和重力平衡。已知小油滴靜止處的電場強(qiáng)度是1.92105N/C，油滴半徑是1.64104cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所帶的電荷量。這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍？(g取9.8m/s2)答案：8.0210195倍解析：小油滴質(zhì)量，mVr3由題意知，mgEq0由兩式可得：qC8.021019C小油滴所帶電荷量q是電子電荷量e的倍數(shù)為n5(倍)。14(11分)為了測定帶電粒子的比荷，讓這個(gè)帶電粒子垂直電場飛進(jìn)平行金屬板間，已知?jiǎng)驈?qiáng)電場的場強(qiáng)為E，在通過長為L的兩金屬板間后，測得偏離入射方向的距離為d，如果在兩板間加垂直電場方向的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直粒子的入射方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則粒子恰好不偏離原來方向