專題六：原子結(jié)構(gòu)與能級躍遷

1、專題六：原子結(jié)構(gòu)與能級躍遷設(shè)計人：周加明2012 年 3 月 28 日一、知識盤點1 、電子的發(fā)現(xiàn)：湯姆生通過對陰極射線的研究，確定了射線的帶電性質(zhì)并通過實驗巧妙地測出了這種射線的比荷，確定了它是一種帶負電的，質(zhì)量很小的粒子，并把它命名為電子。湯姆生被稱為電子之父。電子的發(fā)出讓人們認識到，原子還可以再分，電子是組成原子的一部分。2、核式結(jié)構(gòu)模型的建立： 盧瑟福通過對“粒子散射實驗的研究，提出了核式結(jié)構(gòu)模型，很好地解釋了實驗現(xiàn)象，被人們所接受。（1） a粒子散射實驗：用a粒子（小粒子）轟擊金原子（大原子），用電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)a粒子不偏轉(zhuǎn)，有少數(shù)a粒子會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)a粒子會發(fā)生大角

2、度偏轉(zhuǎn)甚至被彈回。（為什么用a粒子散射實驗研究原子結(jié)構(gòu)？原子結(jié)構(gòu)無法直接觀察到，要用高速粒子進行轟擊，根據(jù)粒子的散射情況分析判斷原子的結(jié)構(gòu)，而a粒子有足夠的能量，可以穿過原子，并且利用熒光作用可觀察a粒子的散射情況，所以選取a粒子進行散射實驗.）（ 2 ）核式結(jié)構(gòu)模型：原子由集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的原子核及核外電子組成，原子直徑的數(shù)量級為10-10m,原子核直徑的數(shù)量級為 10-15m。3 、氫原子光譜：氫原子的光譜是一系列不連續(xù)的譜線，其中巴耳末系有四條譜線在可見光區(qū)域內(nèi)。原子光譜分析是鑒別物質(zhì)的一種重要方法，原子光譜被稱為原子的“指紋”。4、氫原子的能級結(jié)構(gòu)與躍遷：玻爾的原子理論

3、三條假設(shè)（ 1 ） “定態(tài)假設(shè)”：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中，電子雖做變速運動，但并不向外輻射電磁波，這樣的相對穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)。定態(tài)假設(shè)實際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適用范圍：原子中電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不受該理 論的制約。(2)躍遷假設(shè)”：電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不輻射電磁波，但電子在兩個不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時，卻要輻射(吸收)電磁波(光子)，其頻率由兩個定態(tài)的能量差值決定hV=E m-En。躍遷假設(shè)對發(fā)光(吸光)從微觀(原子等級)上給出了解釋。(3)軌道量子化假設(shè)”：由于能量狀態(tài)的不連續(xù)，因此電子繞核轉(zhuǎn)動的軌道半徑也不能任意取值,必須滿足nh , mvr (n 1

4、,2,3 )。2軌道量子化假設(shè)把量子觀念引入原子理論，這是玻爾的原子理論之所以成功的根本原因。氫原子能級及氫光譜(1)氫原子能級：原子各個定態(tài)對應(yīng)的能量是不連續(xù)的，這些能量值叫做能級。1 _ _能級公式：En E1(E113.6eV);n210 、半徑公式：rn n1 (n 0.53 10 m)。(2)氫原子的能級圖(3)氫光譜在氫光譜中，n=2,3,4,5,向n=1躍遷發(fā)光形成賴曼線系；n=3,4,5,6向n=2躍遷發(fā)光形成巴耳末線系； n=4,5,6,7向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系；n=5,6,7,8向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開線系,其中只有巴耳末線系的前4條譜線落在可見光區(qū)域內(nèi)。-可編輯修

5、改-幾個重要的關(guān)系式113 6eV(1)能級公式En E16nn(2)躍遷公式hE2 E1210、* (3)半徑公式rnn r1(r1 0.53 10 m)* (4)動能跟n的關(guān)系* (5)* (6)ke2 rn2速度跟周期跟2 mVnrn12EknmVn2n的關(guān)系vnn的關(guān)系Tnke22 rnke2mrn3rnVn關(guān)系式(3) (4) (5) (6)只作了解，(5) (6)式與衛(wèi)星運動類似。氫原子怎樣吸收能量由低能級向高能級躍遷此類問題可分為三種情況：(1)光子照射氫原子，當光子的能量小于電離能時，只能滿足光子的能量為兩定態(tài)間能級差時才 能被吸收.(2)光子照射氫原子，當光子的能量大于電離能

6、時，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一 部分用來使電子電離，另一部分可用來增加電子離開核的吸引后的動能(3)當粒子與原子碰撞(如電子與氫原子碰撞)時，由于粒子的動能可全部或部分被氫原子吸收，故 只要入射粒子的動能大于或等于原子兩能級的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向高能級躍遷、典例分析例1在盧瑟福的“粒子散射實驗中，有少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉(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.正電荷在原子中是均勻分布的C.原子中存在著帶負電的電子D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中例2如圖所示為氫原子的能級圖，用光子能量為13. 07 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可

7、能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長的光最多有多少種？()318 543 £OB/I思考：若把本題中的“一群”改為“一個"，情況又如何？例3圖中畫出了氫原子的4個能的能級的一群氫原子向低能級躍波。已知金屬鉀的逸出功為屬鉀的表面打出光電子的總共有( 欣V=二憎3林級，并注明了相應(yīng)的能量 E處在n=4遷時，能夠發(fā)出若干種不同頻率的光2. 22eV。在這些光波中。能夠從金()C.四種 D.五種A.二種 B.二種例4氫原子的核外電子從半徑 ra的軌道躍遷到半徑rb的軌道上，已知ravrb,則(A原子要吸收光子，電子的動能增大，電勢能增大。B.原子要放出光子，電子的動能減小，電勢能減小。C.

8、原子要吸收光子，電子的動能增加，電勢能減小。D.原子要吸收光子，電子的動能減小，電勢能增大。三、小試牛刀1 .根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為 E'的軌道，輻射出波長為 入光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則 E'等于()A. E hC.EB.E-可編輯修改-hD. E h2 .氫原子的基態(tài)能量為 日。下列四個能級圖，正確代表氫原子能級的是（）3 、 氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動的動能。氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時（）A.氫原子的能量減小，電子的動能增加B.氫原子的能量增加，電子

9、的動能增加C.氫原子的能量減小，電子的動能減小D.氫原子的能量增加，電子的動能減小4 、 原子從一個能級躍遷到一個較低的能級時，有可能不發(fā)射光子，例如在某種條件下，鉻原子的能級上的. 已知n =2 能級上的電子躍遷到n=1 能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4電子，使之脫離原子，這種現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)，以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子式中鉻原子的能級公式可簡化表示為En= n=1 , 2, 3表示不同能級，A是正的已知常數(shù).上述俄歇電子的動能是（）B.A.-可編輯修改-C.D.a碓V一, 40.8531.5123.41 -13 65、氫原子的能級如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1 . 62 eV3. 11 eV .下列說法錯誤的是()(A)處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離(B)大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)(C)大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種不同頻率的光(D)大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光6、盧瑟福通過對“粒子散射實驗結(jié)果的分析，提出 （）