原子结构氢原子光谱教学提纲.ppt

第第2 2课时课时 原子结构原子结构 氢原子光谱氢原子光谱考点考点(ko din)(ko din)自清自清一、电子的发现一、电子的发现1.1.阴极射线的发现阴极射线的发现 19 19世纪世纪,科学家研究稀薄气体放电科学家研究稀薄气体放电,发现阴极发发现阴极发 出一种射线出一种射线 .2.2.电子的发现电子的发现 汤姆孙确定阴极射线是由带负电的汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成粒子组成,并并 测定出它的比荷测定出它的比荷 ,之后用油滴实之后用油滴实验测定了它验测定了它 的电荷量的电荷量,确定它是组成各种物质的确定它是组成各种物质的基本成分基本成分,称之为称之为 .3.3.电子的发现说明原子也是可再分的电子的发现说明原子也是可再分的.阴极射线阴极射线(yn j sh xin)电子电子(dinz)第一页，共45页。二、原子结构二、原子结构1.1.实验基础实验基础:粒子散射实验粒子散射实验用用粒子轰击金粒子轰击金 箔箔,发现大多数发现大多数粒子直进粒子直进,少数发生偏转少数发生偏转,极少极少 数发生大角度偏转数发生大角度偏转,个别的发生反弹个别的发生反弹.2.2.原子结构原子结构:在原子中心有一个很小的核在原子中心有一个很小的核(原子核原子核),),原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里子核里,带负电的电子在核外绕核旋转带负电的电子在核外绕核旋转.3.3.原子核的大小原子核的大小:直径数量级在直径数量级在10-14 m10-14 m10-15 m10-15 m以以 下下,原子大小数量级为原子大小数量级为10-10 m.10-10 m.4.4.核外电子的运动核外电子的运动(yndng):(yndng):由原子核对核外电子的由原子核对核外电子的 作为核外电子绕核旋转的向心力作为核外电子绕核旋转的向心力.库仑库仑(kln)(kln)力力第二页，共45页。三、光谱和光谱分析三、光谱和光谱分析1.1.光谱光谱:用光栅和棱镜可以把光按波长展开用光栅和棱镜可以把光按波长展开.获得获得 光的波长光的波长(频率频率)成分和成分和 的记录的记录,即光谱即光谱.2.2.线状谱线状谱:有些光谱是一条条的亮线有些光谱是一条条的亮线,这样的光谱这样的光谱 叫线状谱叫线状谱.3.3.连续谱连续谱:有些光谱是连在一起的光带有些光谱是连在一起的光带,叫连续谱叫连续谱.4.4.光谱分析光谱分析:每种原子都有自己每种原子都有自己(zj)(zj)的特征谱线的特征谱线,可以可以 利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分,这种这种 方法叫光谱分析方法叫光谱分析.强度强度(qingd(qingd)分布分布第三页，共45页。四、氢原子光谱四、氢原子光谱 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公其波长公 式式 (n=3,4,5,)(n=3,4,5,)可见可见n n取整数取整数,不不 能取连续值能取连续值,故波长也只能是分立的值故波长也只能是分立的值.五、玻尔理论五、玻尔理论1.1.玻尔理论玻尔理论 (1)(1)轨道量子化轨道量子化:电子绕核运动的轨道电子绕核运动的轨道 的的.(2)(2)能量状态量子化能量状态量子化:原子只能处于一系列不连原子只能处于一系列不连 续的能量状态中续的能量状态中.能量最低的状态叫能量最低的状态叫 ,其他状态叫其他状态叫 .(3)(3)跃迁假说跃迁假说(ji shu):(ji shu):原子从一种定态跃迁到另一原子从一种定态跃迁到另一种定种定 态要辐射态要辐射(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子,即即h=h=(mn).(mn).不连续不连续(linx(linx)基态基态(j(j ti)ti)激发态激发态E Em m-E En n第四页，共45页。2.2.氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径 (1)(1)氢原子的能级公式氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,),:En=E1(n=1,2,3,),其中其中(qzhng)E1(qzhng)E1为基态能量为基态能量E1=-13.6 eV.E1=-13.6 eV.(2)(2)氢原子的半径公式氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),:rn=n2r1(n=1,2,3,),其其 中中r1r1为基态半径为基态半径,又称玻尔半径又称玻尔半径r1=0.5310-10 r1=0.5310-10 m.m.3.3.氢原子的能级图氢原子的能级图,如图如图1 1所示所示.图图1 1第五页，共45页。4.4.弗兰克弗兰克赫兹实验赫兹实验 (1)(1)如果原子的能级是分立的如果原子的能级是分立的,那么用碰撞的方那么用碰撞的方 式使原子吸收的能量式使原子吸收的能量,即其他粒子转移给原子的即其他粒子转移给原子的 能量能量,也应该是也应该是 的的.(2)1914 (2)1914年年,弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子,发现电子损失的能量发现电子损失的能量,也就是汞原子吸收的能量也就是汞原子吸收的能量,是分立的是分立的,从而证明汞原子的能量是量子化的从而证明汞原子的能量是量子化的.5.5.玻尔理论的成功、局限和电子云玻尔理论的成功、局限和电子云 玻尔的成功之处在于引入了玻尔的成功之处在于引入了 观念观念,局限之局限之 处在于保留了过多的经典理论处在于保留了过多的经典理论.电子云电子云:电子云是描述电子在原子核外各区域出电子云是描述电子在原子核外各区域出 现的几率的状况现的几率的状况,为直观起见为直观起见,把电子的这种几把电子的这种几 率分布率分布(fnb)(fnb)状况用图象表示时状况用图象表示时,这种图象所显示的这种图象所显示的结结 果有如电子在原子核周围形成的云雾果有如电子在原子核周围形成的云雾,故称电子云故称电子云.量子化量子化量子量子(li(lingzngz)第六页，共45页。热点热点(r din)(r din)聚焦聚焦热点热点(r din)(r din)一一 三个原子模型的对三个原子模型的对比比实验基础实验基础结构差异结构差异成功和局限成功和局限“枣糕枣糕”模型模型电子的电子的发现发现带正电物质均带正电物质均匀分布在原子匀分布在原子内内,电子镶嵌其电子镶嵌其中中解释了一些实验事解释了一些实验事实实,无法说明无法说明粒子粒子散射实验散射实验核式结核式结构模型构模型粒子散粒子散射实验射实验全部正电荷和全部正电荷和几乎全部质量几乎全部质量集中在核里集中在核里,电电子绕核旋转子绕核旋转成功解释了成功解释了粒子粒子散射实验散射实验,无法解释无法解释原子的稳定性与原原子的稳定性与原子光谱的分立特征子光谱的分立特征玻尔的原玻尔的原子模型子模型氢原子光氢原子光谱的研究谱的研究在核式结构模在核式结构模型基础上型基础上,引入引入量子化观点量子化观点成功解释了氢原子成功解释了氢原子光谱光谱,无法解释较复无法解释较复杂的原子光谱杂的原子光谱第七页，共45页。特别提示特别提示 认识原子结构的线索认识原子结构的线索:气体放电的研究气体放电的研究 阴极阴极 射线射线(shxin)(shxin)发现电子发现电子 汤姆孙的汤姆孙的“枣糕枣糕”模型模型 卢瑟福核式结构模型卢瑟福核式结构模型 玻尔模型玻尔模型.氢原子光谱的研究氢原子光谱的研究粒子散射实验粒子散射实验第八页，共45页。热点二热点二 对原子跃迁条件的理解对原子跃迁条件的理解1.1.原子从低能级向高能级跃迁原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光吸收一定能量的光 子子,当一个光子当一个光子(gungz)(gungz)的能量满足的能量满足h=Eh=E末末-E-E初时初时,才能才能 被某一个原子吸收被某一个原子吸收,使原子从低能级使原子从低能级E E初向高能初向高能级级 E E末跃迁末跃迁,而当光子而当光子(gungz)(gungz)能量能量hh大于或小大于或小于于E E末末-E-E初时初时 都不能被原子吸收都不能被原子吸收.2.2.原子从高能级向低能级跃迁原子从高能级向低能级跃迁,以光子以光子(gungz)(gungz)的形式向外的形式向外 辐射能量辐射能量,所辐射的光子所辐射的光子(gungz)(gungz)能量恰等于能量恰等于发生跃迁时发生跃迁时 的两能级间的能量差的两能级间的能量差.第九页，共45页。3 3.原原子子吸吸收收能能量量的的原原则则是是吸吸收收的的能能量量恰恰好好等等于于某某 两两个个能能级级之之差差,或或者者是是吸吸收收能能量量大大于于或或等等于于其其电电 离离能能,使使电电子子成成为为自自由由电电子子;所所以以(s su u y y)当当原原子子吸吸收收光光 子子 时时,由由于于光光子子不不可可分分,故故其其必必须须选选择择能能量量满满足足 上上述述原原则则的的光光子子;当当原原子子吸吸收收实实物物粒粒子子(如如电电子子)的的能能量量时时,原原子子可可以以根根据据“需需 要要”吸吸收收其其中中的的一一 部部 分分 能能 量量,也也即即吸吸收收实实物物粒粒子子的的能能量量没没有有条条件件 限限制制.第十页，共45页。特别提示特别提示 (1)(1)原子跃迁条件原子跃迁条件h=Em-Enh=Em-En只适用于光子和原只适用于光子和原 子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.对于对于(duy)(duy)光子和原子作用而使原子电离时光子和原子作用而使原子电离时,只要入射光的只要入射光的 能量能量E13.6 eV,E13.6 eV,原子就能吸收原子就能吸收.对于对于(duy)(duy)实实物粒子物粒子 与原子作用使原子激发时与原子作用使原子激发时,粒子能量大于或等于粒子能量大于或等于 能级差即可能级差即可.(2)(2)原子跃迁发出的光谱线条数原子跃迁发出的光谱线条数N=C2n=,N=C2n=,是一群氢原子是一群氢原子,而不是一个而不是一个,因为某一个氢原子因为某一个氢原子 有固定的跃迁路径有固定的跃迁路径.第十一页，共45页。热点三热点三 氢原子中电子运动氢原子中电子运动(yndng)(yndng)的有关计算的有关计算 氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子 轨道轨道,电子绕核做圆周运动电子绕核做圆周运动(yndng)(yndng)的动能和的动能和系统的电势系统的电势 能之和即为原子的能量能之和即为原子的能量,即即En=Ek+Ep.En=Ek+Ep.(1)(1)电子运动电子运动(yndng)(yndng)的速度、周期、动能与的速度、周期、动能与半径的关系半径的关系 由库仑力提供向心力由库仑力提供向心力k k 电子速度电子速度vn=vn=第十二页，共45页。电子运动周期电子运动周期Tn=Tn=电子的动能电子的动能(dngnng)Ekn=(dngnng)Ekn=(2)(2)系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断:靠近核靠近核,库仑力对电子做正功库仑力对电子做正功,系统电势能减小系统电势能减小;远离核远离核,库仑力对电子做负功库仑力对电子做负功,系统电势能增加系统电势能增加.第十三页，共45页。题型探究题型探究题型题型1 1 粒子散射实验的理解粒子散射实验的理解【例【例1 1】(1)(1)关于原子结构理论与关于原子结构理论与粒粒子散射实验子散射实验 的关系的关系(gun x),(gun x),下列说法正确的下列说法正确的是是 ()()A.A.卢瑟福做卢瑟福做粒子散射实验是为了粒子散射实验是为了验证汤姆孙验证汤姆孙 的枣糕模型是错误的的枣糕模型是错误的 B.B.卢瑟福认识到汤姆孙卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型枣糕模型”的错误后的错误后 提出了提出了“核式结构核式结构”理论理论 C.C.卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验是为了粒子散射实验是为了验证核式结验证核式结 构理论的正确性构理论的正确性 D.D.卢瑟福依据卢瑟福依据粒子散射实验的现粒子散射实验的现象提出了原象提出了原 子的子的“核式结构核式结构”理论理论第十四页，共45页。(2)(2)在在粒子散射实验中粒子散射实验中,粒子的偏转是由于粒子的偏转是由于 受到原子内正电荷的库仑力而发生的受到原子内正电荷的库仑力而发生的.实验中即实验中即 使使1 mm1 mm厚的金箔也大约有厚的金箔也大约有3 3003 300层原子层原子,但绝大但绝大 多数的多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,只有少数发生了大角度偏转只有少数发生了大角度偏转,这说明了什么这说明了什么?思路点拨思路点拨 求解此题应注意以下两点求解此题应注意以下两点:(1)(1)应依据人们探测原子的结构的历史进程进行应依据人们探测原子的结构的历史进程进行 分析判断分析判断.(2)(2)根据根据(gnj)(gnj)粒子偏转的原因进行分析粒子偏转的原因进行分析.第十五页，共45页。解解 析析 (1 1)由由于于卢卢瑟瑟福福设设计计的的粒粒子子散散射射实实验验是是 为为了了探探究究原原子子内内电电荷荷的的分分布布,并并非非为为了了验验证证汤汤姆姆 孙孙模模型型是是错错误误的的,A A错错 误误;卢卢瑟瑟福福并并不不是是认认识识到到 “枣枣糕糕模模型型”的的错错误误而而提提出出“核核式式结结构构”理理 论论 的的,B B错错 误误;卢卢瑟瑟福福做做了了粒粒子子散散射射实实验验后后,由由 实实 验验现现象象提提出出了了“核核式式结结构构”理理 论论,C C错错 误误,D D正正 确确.(2 2)粒粒子子穿穿过过金金箔箔(j j n nb b)后后绝绝大大多多数数仍仍沿沿原原来来的的方方向向 前前 进进,说说明明它它们们距距正正电电荷荷部部分分较较远远,库库仑仑力力很很小小;尽尽管管经经过过若若干干层层原原子子,但但靠靠近近正正电电荷荷部部分分的的机机会会 很很 小小,这这说说明明原原子子内内带带正正电电荷荷部部分分在在整整个个原原子子中中 占占的的空空间间非非常常小小.答答 案案 (1 1)D D (2 2)说说明明原原子子内内带带正正电电荷荷部部分分在在 整整个个原原子子中中占占的的空空间间非非常常小小.第十六页，共45页。方法归纳方法归纳 微观世界是看不见的微观世界是看不见的,但我们可以根据它们产生但我们可以根据它们产生 的各种效应来进行分析的各种效应来进行分析(fnx)(fnx)、推理和判断、推理和判断,来达来达到认到认 识微观世界的目的识微观世界的目的;对于实验推理类问题对于实验推理类问题,要求要求 记住记住:实验的作者、时间和装置实验的作者、时间和装置;实验事实实验事实 或现象或现象;由实验结果得出什么结论由实验结果得出什么结论;实验的实验的 意义所在意义所在.第十七页，共45页。变式练习变式练习1 1 在卢瑟福的在卢瑟福的粒子散射实验中粒子散射实验中,有少数有少数 粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,其原因是其原因是 ()()A.A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很 小的核上小的核上 B.B.正电荷在原子内是均匀分布的正电荷在原子内是均匀分布的 C.C.原子中存在着带负电的电子原子中存在着带负电的电子 D.D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析解析 原子中有电子原子中有电子,但电子的质量很小但电子的质量很小,不到不到 粒子的七千分之一粒子的七千分之一,粒子碰到它粒子碰到它,就像飞行就像飞行 的子弹碰到一粒尘埃一样的子弹碰到一粒尘埃一样(yyng),(yyng),运动方向不运动方向不会发生明会发生明 显的改变显的改变;若原子中的正电荷是均匀分布的若原子中的正电荷是均匀分布的,粒子穿过原子时粒子穿过原子时,它受到原子内部两侧正电荷的它受到原子内部两侧正电荷的第十八页，共45页。斥力大部分互相抵消斥力大部分互相抵消,使使粒子偏转的力不会很粒子偏转的力不会很 大大,不会产生大角度的偏转现象不会产生大角度的偏转现象,选项选项B B、C C错误错误.原子核集中了原子全部正电荷和绝大部分质量原子核集中了原子全部正电荷和绝大部分质量,当当粒子十分粒子十分(shfn)(shfn)接近原子核时接近原子核时,就会受到就会受到很大的库很大的库 仑斥力仑斥力,发生大角度偏转发生大角度偏转,由于原子核很小由于原子核很小,粒粒 子穿过金箔时接近原子核的机会很小子穿过金箔时接近原子核的机会很小,所以所以,只只 有少数有少数粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,选项选项A A正确正确.原子原子 只能处于一系列不连续的能量状态中只能处于一系列不连续的能量状态中,是原子光是原子光 谱不连续的原因谱不连续的原因,不是不是粒子大角度散射的原因粒子大角度散射的原因,选项选项D D错误错误.综上可知综上可知,选项选项A A正确正确.答案答案 A A第十九页，共45页。题型题型2 2 氢原子能级跃迁问题氢原子能级跃迁问题【例【例2 2】如图】如图2 2所示为氢原子最低的四个能级所示为氢原子最低的四个能级,当氢当氢 原子在这些能级间跃迁时原子在这些能级间跃迁时:(1)(1)有可能放出有可能放出 种能量的光子种能量的光子.(2)(2)在哪两个在哪两个(lin)(lin)能级间跃迁时能级间跃迁时,所放出光子波所放出光子波长最长最 长长?波长是多少波长是多少?图图2第二十页，共45页。思维思维(swi)(swi)导图导图第二十一页，共45页。解析解析 (1)(1)由由N=6N=6种种.(2)(2)氢原子由第四能级向第三氢原子由第四能级向第三(d sn)(d sn)能级跃迁时能级跃迁时,能级能级 差最小差最小,辐射的光子波长最长辐射的光子波长最长.由由h=E4-E3,h=E4-E3,得得h =E4-E3h =E4-E3 所以所以=1.8810-6 m =1.8810-6 m 答案答案 (1)6 (2)1.8810-6 m (1)6 (2)1.8810-6 m第二十二页，共45页。方法归纳方法归纳 1.量子数为量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判的氢原子辐射光子的可能频率的判 定方法定方法:如果是一个氢原子如果是一个氢原子,向低能级跃迁时最多发出的向低能级跃迁时最多发出的 光子数为光子数为(n-1).如果是一群氢原子如果是一群氢原子,向低能级跃迁时最多发出的向低能级跃迁时最多发出的 光子为光子为C 种种.2.理解理解(lji)氢原子能级图氢原子能级图,量子数越大的能级量子数越大的能级间能级间能级 差越小差越小,发出光子波长越长发出光子波长越长.第二十三页，共45页。变变 式式 练练 习习2 2 如如 图图3 3所所 示示,氢氢 原原 子子 从从n n2 2的的 某某 一一 能能 级级 跃跃迁迁(y yu u q qi i n n)到到n n=2 2的的能能级级,辐辐射射出出能能量量为为2 2.5 55 5 e eV V的的光光子子.问问最最少少要要给给基基态态的的氢氢原原子子提提供供多多少少电电子子伏伏特特的的 能能 量量,才才能能使使它它辐辐射射上上述述能能量量的的光光子子？请请在在图图中中 画画出出获获得得该该能能量量后后的的氢氢原原子子可可能能的的辐辐射射跃跃迁迁(y yu u q qi i n n)图图.图图3第二十四页，共45页。解析解析 氢原子从氢原子从n n2 2的某一能级跃迁的某一能级跃迁(yuqin)(yuqin)到到n=2n=2的能的能 级级,辐射光子的频率满足辐射光子的频率满足:h=En-E2=2.55 eV h=En-E2=2.55 eV En=h+E2=-0.85 eV,En=h+E2=-0.85 eV,所以所以n=4n=4 基态氢原子要跃迁基态氢原子要跃迁(yuqin)(yuqin)到到n=4n=4的能级的能级,应提应提供供:E=E4-E1=12.75 eV E=E4-E1=12.75 eV 跃迁跃迁(yuqin)(yuqin)图见下图图见下图 答案答案 12.75 eV 12.75 eV 见解析图见解析图第二十五页，共45页。【例【例3 3】19511951年年,物理学家发现了物理学家发现了“电子偶数电子偶数”,”,所所 谓谓“电子偶数电子偶数”,”,就是由一个负电子和一个正电就是由一个负电子和一个正电 子绕它们的质量中心旋转形成子绕它们的质量中心旋转形成(xngchng)(xngchng)的相对稳的相对稳定的系定的系 统统.已知正、负电子的质量均为已知正、负电子的质量均为me,me,普朗克常量普朗克常量 为为h,h,静电力常量为静电力常量为k.k.(1)(1)假设假设“电子偶数电子偶数”中正、负电子绕它们质量中正、负电子绕它们质量 中心做匀速圆周运动的轨道半径中心做匀速圆周运动的轨道半径r r、运动速度、运动速度v v 及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理:2mevr=n ,n=1,2,“2mevr=n ,n=1,2,“电子偶数电子偶数”的能量为的能量为 正负电子运动的动能和系统的电势能之和正负电子运动的动能和系统的电势能之和.已知已知第二十六页，共45页。两正负电子相距为两正负电子相距为L L时系统的电势能为时系统的电势能为E=-k E=-k .试求试求n=1n=1时时“电子偶数电子偶数”的能量的能量.(2)“(2)“电子偶数电子偶数”由第一由第一(dy)(dy)激发态跃迁到基态激发态跃迁到基态发出发出 光子的波长为多大光子的波长为多大?解析解析 (1)(1)由于正、负电子质量相等由于正、负电子质量相等,故两电子故两电子 的轨道半径相等的轨道半径相等,设为设为r,r,则正负电子间距为则正负电子间距为2r,2r,速度均为速度均为v,v,则有则有 依题意依题意,有有2mevr=n2mevr=n 而电子偶数能量而电子偶数能量:En=2 mev2-:En=2 mev2-第二十七页，共45页。由由式联立得式联立得En=-,n=1,2 En=-,n=1,2 取取n=1n=1可得电子偶数基态能量为可得电子偶数基态能量为E1=-E1=-(2)(2)由由式可得电子偶数处于第一式可得电子偶数处于第一(dy)(dy)激发态时激发态时的能的能 量为量为E2=E2=设电子偶数从第一设电子偶数从第一(dy)(dy)激发态跃迁到基态时发激发态跃迁到基态时发出光出光 子的波长为子的波长为,则则E2-E1=hc/E2-E1=hc/由以上各式解得由以上各式解得=答案答案 (1)(2)(1)(2)第二十八页，共45页。【评分标准】【评分标准】本题共本题共1818分分.其中其中式各式各2 2分分,式式 各各3 3分分.【名师导析】【名师导析】解决新情境下的信息给予题的关键是从已给信解决新情境下的信息给予题的关键是从已给信 息中抽象出对应的物理模型息中抽象出对应的物理模型.本题三条突出已给本题三条突出已给 信息信息:“:“电子偶数电子偶数”绕其中心旋转绕其中心旋转,抽象出抽象出 =me .me .能量的计算方法能量的计算方法.符合玻尔的轨道量符合玻尔的轨道量 子化理论子化理论,抽象出抽象出En=.En=.将以上三点融入原子将以上三点融入原子 模型及跃迁的相关知识模型及跃迁的相关知识,难点难点(ndin)(ndin)迎刃而解迎刃而解.第二十九页，共45页。自我批阅自我批阅 (20 (20分分)氢原子在基态氢原子在基态(j ti)(j ti)时轨道半径时轨道半径r1=0.53r1=0.53 10-10 m,10-10 m,能量能量E1=-13.6 eV.E1=-13.6 eV.求氢原子处于基态求氢原子处于基态(j(j ti)ti)时时:(1)(1)电子的动能电子的动能.(2)(2)原子的电势能原子的电势能.(3)(3)用波长是多少的光照射可使其电离？用波长是多少的光照射可使其电离？(4)(4)电子在核外旋转的等效电流电子在核外旋转的等效电流.(.(已知电子质量已知电子质量 m=9.110-31 kg)m=9.110-31 kg)第三十页，共45页。解析解析 (1)(1)设处于基态的氢原子核外电子速度设处于基态的氢原子核外电子速度(sd)(sd)为为 v1,v1,则则:k k(3(3分分)所以电子动能所以电子动能Ek1=Ek1=(2(2分分)(2)(2)因为因为E1=Ek1+Ep1E1=Ek1+Ep1(3(3分分)所以所以Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV (2 (2分分)(3)(3)设用波长设用波长的光照射可使氢原子电离的光照射可使氢原子电离:=0-E1 =0-E1 (3(3分分)第三十一页，共45页。所以所以=-=-=0.914 110-7 m =0.914 110-7 m(2(2分分)(4)(4)等效的环形等效的环形(hun xn)(hun xn)电流电流I=I=由由 =mr1()2,=mr1()2,可得可得T=2T=2(3(3分分)所以所以I=I=代入数据解得代入数据解得I=1.0510-3 AI=1.0510-3 A(2(2分分)答案答案 (1)13.6 eV (2)-27.2 eV (1)13.6 eV (2)-27.2 eV (3)0.914 110-7 m (3)0.914 110-7 m (4)1.0510-3 A (4)1.0510-3 A第三十二页，共45页。素能提升素能提升1.1.利用光谱分析鉴别物质的组成成分时利用光谱分析鉴别物质的组成成分时,灵敏度是灵敏度是 很高的很高的.(1)(1)如何进行操作如何进行操作?(2)(2)如图如图4 4甲所示的甲所示的abcdabcd为四种为四种 元素的特征谱线，图乙是某矿元素的特征谱线，图乙是某矿 物的线状谱，通过光谱分析可物的线状谱，通过光谱分析可 以确定该矿物以确定该矿物(kungw)(kungw)中缺少的元素中缺少的元素为为 .A.a A.a元素元素B.bB.b元素元素 C.c C.c元素元素D.dD.d元素元素图图4第三十三页，共45页。解解 析析 (1 1)光光谱谱分分析析中中首首先先获获取取样样本本的的线线状状谱谱,然然后后利利用用各各种种原原子子(y yu u n nz z)的的特特征征谱谱线线加加以以对对照照,从从而而确确 定定组组成成成成分分.(2 2)由由矿矿物物的的线线状状谱谱与与几几种种元元素素的的特特征征谱谱线线进进行行 对对 照照,b b元元素素的的谱谱线线在在该该线线状状谱谱中中不不存存在在,故故B B正正 确确.与与几几个个元元素素的的特特征征谱谱线线不不对对应应的的线线说说明明该该矿矿 物物中中还还有有其其他他元元素素.答答案案 (1 1)见见解解析析 (2 2)B B第三十四页，共45页。2.2.原子结构的认识过程原子结构的认识过程(guchng)(guchng)是非常曲折的是非常曲折的,请回答下列请回答下列 问题问题.(1)(1)核式结构和玻尔模型提出的背景分别是核式结构和玻尔模型提出的背景分别是 (2)(2)在原子物理中在原子物理中,粒子间经常发生碰撞粒子间经常发生碰撞,一速度一速度 为为v0v0的粒子的粒子,与静止的氢核发生完全非弹性碰撞与静止的氢核发生完全非弹性碰撞 后后,它们的共同速度为它们的共同速度为vH,vH,如果这个粒子仍以速如果这个粒子仍以速度度 v0 v0与静止的碳核发生弹性碰撞与静止的碳核发生弹性碰撞,碰后碳核的速度碰后碳核的速度 为为vC,vC,现在测得现在测得 ,已知碳核质量为已知碳核质量为mCmC与氢与氢 核质量核质量mHmH之比为之比为12,12,求粒子质量与氢核质量之比求粒子质量与氢核质量之比.第三十五页，共45页。解析解析 (2)(2)粒子与氢核发生粒子与氢核发生(fshng)(fshng)完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞后后,由动量守恒有由动量守恒有 mxv0=(mx+mH)vH mxv0=(mx+mH)vH vH=vH=粒子与碳核发生粒子与碳核发生(fshng)(fshng)完全弹性碰撞后完全弹性碰撞后,由动量和由动量和能量能量 守恒有守恒有 mxv0=mxv+mCvC,mxv0=mxv+mCvC,由以上两式得由以上两式得vC=vC=第三十六页，共45页。由由两式和题设条件有两式和题设条件有 将将mC=12mHmC=12mH代入代入式后得式后得mxmH=11.mxmH=11.答案答案 (1)(1)汤姆孙的汤姆孙的“枣糕枣糕(zo o)(zo o)模型模型”无法解释无法解释 粒子散射实验粒子散射实验.卢瑟福的核式结构无法解释原卢瑟福的核式结构无法解释原 子的稳定性和原子光谱的分立特征子的稳定性和原子光谱的分立特征.(2)11 (2)11第三十七页，共45页。3 3.已已知知钠钠原原子子在在A A、B B、C C、D D、E E几几个个能能级级间间跃跃迁迁(y yu u q qi i n n)时时辐辐射射的的波波长长分分别别为为:5 58 89 9 n nm m(B BA A),3 33 30 0 n nm m (C CA A),2 28 85 5 n nm m(D DA A),5 51 14 4 n nm m(E EB B).试试作作出出 钠钠原原子子在在这这几几个个能能量量范范围围的的能能级级图图.作作图图时时注注意意,表表示示能能级级的的横横线线间间的的距距离离和和相相应应能能级级差差成成正正比比,并并在在线线旁旁以以电电子子伏伏为为单单位位标标出出这这个个能能级级的的值值(设设 最最高高能能级级为为零零).解解析析 根根据据E E=可可以以由由辐辐射射的的波波长长得得到到几几个个 能能级级差差;E E B B-E E A A=2 2.1 1 e e V V;E E C C-E E A A=3 3.8 8 e e V V;E E D D-E E A A=4 4.4 4 e e V V;E E E E-E E B B=2 2.4 4 e e V V.第三十八页，共45页。根据以上能级根据以上能级(nngj)(nngj)差所作能级差所作能级(nngj)(nngj)图如图如下图所示下图所示.答案答案 见解析图见解析图第三十九页，共45页。4 4.原原子子可可以以从从原原子子间间的的碰碰撞撞中中获获得得能能量量,从从而而(c c n ng g r r)发发生生 能能 级级 跃跃 迁迁(在在 碰碰 撞撞 中中,动动 能能 损损 失失 最最 大大 的的 是是 完完 全全 非非 弹弹 性性 碰碰 撞撞).一一 个个 具具 有有1 13 3.6 6 e eV V动动能能、处处于于基基态态的的 氢氢原原子子与与另另一一个个静静止止的的、也也处处于于基基态态的的氢氢原原子子 发发生生对对心心正正碰碰.(1 1)是是否否可可以以使使基基态态氢氢原原子子 发发生生能能级级跃跃迁迁(氢氢原原子子能能级级 如如图图5 5所所示示)?(2 2)若若 上上 述述 碰碰 撞撞 中中 可可 以以 使使 基基 态态 氢氢 原原 子子 发发 生生 电电 离离,则则 氢氢 原原 子子 的的 初初 动动 能能 至至 少少 为为 多多 少少?图图5第四十页，共45页。解解 析析 (1 1)设设 运运 动动 氢氢 原原 子子 的的 速速 度度 为为v v0 0,完完 全全(w w n nq qu u n n)非非弹弹 性性碰碰撞撞后后两两者者的的速速度度为为v v,损损失失的的动动能能E E被被基基态态 氢氢原原子子吸吸收收.若若E E=1 10 0.2 2 e eV V,则则基基态态氢氢原原子子可可由由n n=1 1跃跃迁迁到到 n n=2 2.由由动动量量守守恒恒和和能能量量守守恒恒:m m v v 0 0=2 2 m m v v 解解 得得,E E=m m v v 0 0 2 2=6 6.8 8 e e V V第四十一页，共45页。因为因为E=6.8 eV10.2 eV.E=6.8 eV10.2 eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁所以不能使基态氢原子发生跃迁(yuqin).(yuqin).(2)(2)若使基态氢原子电离若使基态氢原子电离,则则E=13.6 eV,E=13.6 eV,代入代入 得得Ek=27.2 eV.Ek=27.2 eV.答案答案 (1)(1)不能不能 (2)27.2 eV (2)27.2 eV第四十二页，共45页。5 5.氢氢原原子子处处于于基基态态时时,原原子子能能级级E E1 1=-1 13 3.6 6 e eV V,普普朗朗 克克常常量量h h=6 6.6 63 31 10 0-3 34 4 J Js s,现现用用光光子子(g gu u n ng gz z)能能量量介介于于 1 11 1 e eV V1 12 2.5 5 e eV V范范围围内内的的光光去去照照射射一一大大群群处处于于 基基态态的的氢氢原原子子.(1 1)照照射射光光中中可可能能被被基基态态氢氢原原子子吸吸收收的的光光子子(g gu u n ng gz z)有有几几 种种?激激发发后后的的氢氢原原子子发发射射的的不不同同能能量量的的光光子子(g gu u n ng gz z)最最多多 有有几几种种?能能放放出出的的光光子子(g gu u n ng gz z)的的最最大大能能量量是是多多少少?(2 2)要要使使处处于于n n=3 3的的激激发发态态的的氢氢原原子子电电离离,入入射射光光 子子的的最最小小频频率率是是多多少少?解解 析析 (1 1)由由 E En n=可可 算算 出出E E2 2=-3 3.4 4 e eV V,E E3 3=-1 1.5 51 1 e eV V,E E4 4=-0 0.8 85 5 e eV V,分分别别计计算算出出处处于于基基态态的的第四十三页，共45页。氢氢原原子子跃跃迁迁到到第第二二、第第三三、第第四四激激发发态态过过程程中中吸吸 收收 的的 能能 量量,分分 别别 是是 1 10 0.2 2 e eV V,1 12 2.0 09 9 e eV V,1 12 2.7 75 5 e eV V.因因 此此,用用光光子子能能量量介介于于 1 11 1 e eV V 1 12 2.5 5 e eV V 范范围围内内的的光光 去去 照照 射射(z zh h o os sh h)一一大大群群处处于于基基态态的的氢氢原原子子时时,照照 射射(z zh h o os sh h)光光中中可可能能 被被基基态态氢氢原原子子吸吸收收的的光光子子只只有有 1 1种种,当当 处处 于于 第第 三三 激激 发发态态氢氢原原子子向向低低能能级级跃跃迁迁时时,对对 应应 有有 3 3种种 频频 率率 的的 光光 子子;从从n n=3 3跃跃 迁迁 到到 n n=1 1能能 级级 时时,辐辐射射的的光光子子能能量量最最大大,E E=E E3 3-E E1 1=1 12 2.0 09 9 e eV V.(2 2)要要使使氢氢原原子子电电离离,即即将将电电子子移移到到离离核核无无穷穷远远处处,此此时时 E E=0 0 则则 h h E E-E E 3 3=0 0-(-1 1.5 5 1 1)e eV V=1 1.5 51 1 E E v v 最最 小小 频频 率率=3 3.6 6 4 4 1 1 0 0 1 1 4 4 H H z z 答答 案案 (1 1)1 1 3 3 1 12 2.0 09 9 e eV V (2 2)3 3.6 64 4 1 10 01 14 4 H H z z第四十四页，共45页。反思反思(fn s)(fn s)总结总结返回返回(fnhu)第四十五页，共45页。