2章末整合-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-5）

章末整合 一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解 1．α粒子散射实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，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”． 2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转． 【例1】　(多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是(　　) A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果 B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的 C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小 D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大 答案　BC 解析　在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数发生大角度偏转，说明受到金原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故C对，D错． 二、对玻尔原子结构的理解 1．氢原子的能级 对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也不同． 原子各能级的关系为En＝ (n＝1,2,3…) 对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6 eV 2．氢原子的能级图[来源:学科网] 氢原子的能级图如图1所示． 图1 【例2】　已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级值为En＝ eV.[来源:学_科_网] (1)求电子在基态轨道上运动的动能； (2)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线； (3)计算这几种光谱线中最短的波长． (静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.0×108 m/s) 答案　见解析 解析　(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则mv2，[来源:学科网ZXXK]，又知Ek＝＝ 故电子在基态轨道上运动的动能为：[来源:Z。xx。k.Com] Ek＝ ＝ J ＝2.18×10－18 J＝13.6 eV. (2)当n＝1时，能级值为E1＝ eV＝－13.6 eV.[来源:Zxxk.Com] 当n＝2时，能级值为E2＝ eV＝－3.4 eV. 当n＝3时，能级值为E3＝ eV＝－1.51 eV. 能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共3种，能级图如图所示． (3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．[来源:Zxxk.Com] hν＝E3－E1，又知ν＝，则有 λ＝ ＝ m＝1.03×10－7 m. 三、原子的能级跃迁与电离 1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下： 高能级Em低能级En 2．当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．[来源:Z.xx.k.Com] 3．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁． 【例3】　将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子． (1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？ (2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子质量me＝9.1×10－31 kg) 答案　(1)8.21×1014 Hz　(2)9.95×105 m/s 解析　(1)n＝2时，E2＝－ eV＝－3.4 eV 所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0. 所以，要使处于n＝2激发态的原子电离，电离能为 ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV ν＝ Hz＝8.21×1014 Hz ＝ (2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量 E0＝h J＝9.945×10－19 J ＝6.63×10－34× 电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－1