专题16 原子结构与原子核-2020-2021学年高二下学期物理期末考点大串讲（人教版）

专题16 原子结构与原子核 思维导图 知识详解 知识点一、原子的核式结构模型 1．汤姆孙原子模型 （1）电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。 （2）汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子则一粒粒镶嵌在球内。提出了原子的“枣糕模型”。 2．原子的核式结构模型 （1）α粒子散射实验：英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。 ①实验装置： ②实验结果：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，如图所示。 ③α粒子散射实验结果分析：核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。 （2）原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。 （3）核式结构模型的局限性：卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。 3．三种原子模型的对比 实验基础 结构差异 成功和局限 “枣糕 模型” 电子的发 现 带正电物质均匀分布在原子内，电子镶嵌其中 解释了一些实验现象，无法说明α粒子散射实验 核式结 构模型 α粒子散 射实验 全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子绕核旋转 成功解释了α粒子散射实验，无法解释原子的稳定性与原子光谱的分立特征 玻尔的原子模型 氢原子光 谱的研究 在核式结构模型基础上，引入量子化观点 成功解释了氢原子光谱，无法解释较复杂的原子光谱 【题1】（多选）关于原子结构，下列说法正确的是 A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律 B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性 C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子 D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型” 【题2】在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是 知识点二、玻尔理论 1．几个概念 （1）能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级。 （2）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 基态：原子能量最低的状态。激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。 （3）量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。 （4）跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，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） （5）轨道：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．玻尔理论的三个假设 （1）定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于一系列不连续的状态中，因而具有不同的能量，即原子的能量是量子化的。在这些能量状态中原子是稳定的，这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 （2）跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，（电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，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，原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子的轨道是量子化的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 3．氢原子的能级、能级公式 （1）氢原子的能级——能级图如图所示。 （2）氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子能级公式：En＝Ekn＋Epn＝E1 （n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k＝m，所以Ekn＝，随r增大而减小。 电势能：通过库仑力做功判断电势能的增减。当