17.2原子结构和能级-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第17章 原子物理 第17.2讲 原子结构和能级 【知识点精讲】 1．电子的发现 (1)英国物理学家汤姆孙使用气体放电管对阴极射线进行了一系列实验研究。 ①让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流并求出其比荷。 ②换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。 (2)电子 ①组成阴极射线的粒子称为电子。 ②密立根“油滴实验”结论 2．汤姆孙原子模型 汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。 3．α粒子散射实验 (1)实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。 (2)实验现象： ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进； ②少数α粒子发生了大角度偏转； ③极少数α粒子的偏转角度大于90°，甚至有极个别α粒子几乎被“撞了回来”。 (3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。 4．核式结构模型 1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。 5．原子核的电荷与尺度 5．氢原子光谱的实验规律 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R，(n＝3，4，5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数。 6．玻尔理论 (1)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。 (2)跃迁：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，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)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。 7．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氢原子的能级公式：En＝E1 (n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1 (n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 【方法归纳】 一。　原子跃迁问题 1．定态间的跃迁——满足能级差 (1)从低能级(n小)高能级（n大）―→吸收能量。 hν＝En大－En小 (2)从高能级(n大)低能级（n小）―→放出能量。 hν＝En大－En小 2．解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意： (1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得。若求波长可由公式c＝λν求得。 (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。 (3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法： ①用数学中的组合知识求解：N＝C＝。 ②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。 二　几种跃迁情况说明 1．原子跃迁条件hν＝Em－En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。 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。 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 【最新高考题精练】 1. （2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（ ） A. 和能级之间的跃迁 B. 和能级之间的跃迁 C. 和能级之间的跃迁 D. 和能级之间的跃迁 2. （2023高考山东高中学业水平等级考试）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ） A. B. C. D. 3. （2023学业水平等级考试上海卷）关于α粒子散射实验，下列说法