人教高考物理一轮复习 第13章 第2讲 原子结构与原子核.docx

第2讲　原子结构与原子核
目标要求　1.知道原子的核式结构，通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.
考点一　原子结构
基础回扣
1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子.
2.α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来.
3.原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.
1.(原子的核式结构)(2019·山东临沂市模拟)在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是(　　)
A.原子中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
答案　A
考点二　玻尔理论和能级跃迁
基础回扣
1.玻尔理论
(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的转动是稳定的，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Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，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＝Em－En.(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.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.
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＝－13.6 eV.
②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(2)氢原子的能级图，如图1所示.
图1
技巧点拨
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＝＝.
(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hν＝ΔE.
2.光谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1).
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝C＝.
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：基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
(3)吸收的能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能.
例1　(2020·黑龙江哈尔滨三中期末)如图2所示为氢原子能级图，金属钠的逸出功为2.29 eV，关于氢原子跃迁过程中发射或吸收光子的说法中正确的是(　　)
图2
A.用能量为11 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其跃迁到n＝2能级
B.用能量为0.6 eV的光子照射处于n＝5能级的氢原子，可使其电离
C.一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时，能发射出6种不同频率的光子
D.一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时发出的不同频率的光子中，有5种频率的光照射金属钠时可发生光电效应
答案　B
解析　由于n＝1和n＝2的能级差为10.2 eV，用能量为11 eV的光子照射处于基态的氢原子，不能使其跃迁到n＝2能级，A错误；让处于n＝5能级的氢原子电离需要的最小能量为0.54 eV，则用能量为0.6 eV的光子照射处于n＝5能级的氢原子，可使其电离，B正确；一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时，能发射出C＝10种不同频率的光子，C错误；一群处于n＝5能级的氢原子向基态跃迁时发出的不同频率的光子中，其中辐射光子的能量大于2.29 eV的有：5→1；4→1；3→1；2→1；5→2；4→2，共6种频率的光照射金属钠时可发生光电效应，D错误.
2.(能级跃迁)(2019·山东日照市3月模拟)氢原子能级图如图3，一群氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是(　　)
图3
A.氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线
B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光