第五章 第一节 原子的结构-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

第一节　原子的结构 第五章　原子与原子核 [学习目标]　1.了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。2.了解氢原子的光谱的实验规律,知道氢原子光谱分立的特点。3.知道玻尔原子理论的主要内容,了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念。 课时作业 巩固提升 要点1　α粒子散射实验和原子结构模型 要点2　光谱、氢原子光谱 要点3　原子的能级结构 内容索引 要点1　α粒子散射实验和原子结构模型 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.汤姆孙的原子结构模型:他认为原子是一个　　　　,　　　　均匀地分布在其中,质量很小的　　　　镶嵌其中,人们称其为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”。  2.α粒子散射实验:　　　　α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但 　　　　α粒子发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子的偏转超过了90°,有的甚至达到180°。  球体　 正电荷　 电子 绝大多数 少数 3.卢瑟福的原子的核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,原子中心有一个带正电的很小的原子核,它几乎集中了原子的全部质量,电子在核外空间绕原子核旋转。 4.原子大小:原子半径的数量级为10-10 m,原子核半径的数量级为 10-15~10-14 m。 [思考与讨论] 如图所示为α粒子散射的实验装置。实验过程中,α粒子为什么会发生大角度散射?   提示:α粒子受到原子核的库仑力作用。 1.实验装置 (1)放射源:放出α粒子He)。 (2)金箔:靶子。 (3)观察工具:显微镜、荧光屏(可转动)。 归纳 关键能力 合作探究 2.实验注意事项 (1)整个实验过程需在真空中进行。 (2)α粒子是氦核,本身很小,金箔需很薄,α粒子才能很容易穿过。 (3)实验中用的是金箔而不是铝箔,这是因为金的原子序数大,α粒子受到金核库仑力大,偏转明显;另外金的延展性好,容易做成极薄的金箔。 3.卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射的分析 (1)分布情况 原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内,原子中绝大部分是空的。 (2)受力情况 ①少数α粒子靠近原子核时,受到的库仑斥力大; ②大多数α粒子离原子核较远,受到的库仑斥力较小。 (3)偏转情况 ①绝大多数α粒子运动方向不会发生明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小);   ②少数α粒子发生大角度偏转; ③极少数α粒子偏转的角度大于90°。 [例1]　(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　 　) A.使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力 B.使α粒子产生偏转的力是库仑力 C.原子核很小,α粒子接近它的机会很小,所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进 D.能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子 BCD [解析]　原子核带正电,与α粒子之间存在库仑力,当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转,电子对它的影响可忽略,故A错误,B正确;由于原子核非常小,绝大多数α粒子经过时离核较远,因而运动方向几乎不变,只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大,方向改变较多,故C、D正确。 名师点评 应用核式结构模型分析求解问题时,要注意从力的角度及功能关系角度入手。 (1)α粒子的受力特点 α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力F=。 ①式中Q为原子核的电荷量,q为α粒子所带电荷量,r为α粒子与原子核间的距离。 ②α粒子离原子核越近,库仑力越大,运动的加速度越大;反之,则越小。 ③α粒子的受力方向沿原子核与α粒子的连线,由原子核指向α粒子。 (2)库仑力对α粒子的做功情况 ①当α粒子靠近原子核时,库仑斥力做负功,电势能增加。 ②当α粒子远离原子核时,库仑斥力做正功,电势能减小。 (3)α粒子的能量转化 仅有库仑力做功时,能量只在电势能和动能之间发生相互转化,而总能量保持不变。 [针对训练]　1.(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图。关于荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象,下述说法中正确的是(　　) A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些 C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光 D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些 闪光,但次数极少 AD 解析:在卢瑟福α粒子散射实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,故A正确;少数α粒子发生较大偏转,极少数α粒子偏转角度超过90°,极个别α粒子被反射回来,故B、C错误,D正确。 2.如图所示,根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b再运动到c的过程中,下列说法正确的是(　　) A.动能先增大后减小 B.电势能先减小后增大 C.电场力先做负功后做正功,总功等于零 D.加速度先减小后增大 C 解析:α粒子及原子核均带正电,故α粒子受到原子核的斥力,α粒子从a运动到b,电场力做负功,动能减小,电势能增大,从b运动到c,电场力做正功,动能增大,电势能减小,a、c在同一条等势线上,a、c两点的电势差为零,则α粒子从a到c的过程中电场力做的总功等于零,A、B错误,C正确;α粒子所受的库仑力F=,b点离原子核最近,所以α粒子在b点时所受的库仑力最大,加速度最大,故加速度先增大后减小,D错误。 二 要点2　光谱、氢原子光谱 20 1.原子光谱:某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱,称为原子光谱。 2.经典理论解释光谱时的矛盾:经典理论认为电子在绕核运动时辐射的电磁波是　　　　的,电子最终落在　　　　上。但事实上原子是 　　　　的,氢原子光谱是　　　　的。  梳理 必备知识 自主学习 连续　 原子核 稳定　 分立 [思考与讨论] (1)根据经典的电磁理论,原子的光谱是怎样的?而实际看到的原子的光谱是怎样的? (2)为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开? 提示:(1)根据经典电磁理论,原子可以辐射各种频率的光,即原子光谱应该是连续的,而实际上看到的原子的光谱总是分立的。 (2)不同颜色的光在棱镜中的折射率不同,因此经过棱镜后的偏折程度也不同。 1.光谱的分类和比较 归纳 关键能力 合作探究 光谱分类 产生条件 光谱形式 发射 光谱 连续光谱 炽热固体、液体和高压气体发光形成的 连续分布,一切波长的光都有 明线光谱 稀薄气体发光形成的 一些不连续的亮线组成 吸收光谱 炽热的白光通过温度较低的气体后,某些波长的光被吸收后形成的 用分光镜观察时,见到连续谱背景上出现一些暗线 2.太阳光谱 (1)太阳光谱的特点:在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线,是一种吸收光谱。 (2)产生原因:当阳光透过太阳的高层大气射向地球时,太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光,这就形成了连续谱背景下的暗线。 3.氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱。 4.氢原子光谱的特点 在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离越来越小,表现出明显的规律性。 [例2]　太阳光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于(　　) A.太阳表面大气中缺少相应的元素 B.太阳内部缺少相应的元素 C.太阳表面大气层中存在着相应的元素 D.地球表面大气层中存在着相应的元素 C [解析]　太阳是高温物体,它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时,某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收,所以我们观察到的太阳光谱是吸收光谱,分析太阳的吸收光谱,可知太阳大气层的物质组成,选项C正确,A、B、D错误。 名师点评 1.太阳光谱是吸收光谱,是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的,不是地球大气造成的。 2.某种原子明线光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的,两者均可用来进行光谱分析。 [例3]　下列对于氢原子光谱实验规律的认识,正确的是(　　) A.因为氢原子核外只有一个电子,所以氢原子只能产生一种波长的光 B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线 C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线 D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关 B [解析]　由于氢原子发射的光子的能量E=Em-En,所以发射的光子的能量值E是不连续的,产生的光谱只能是一些特殊频率的谱线,故A错误,B正确;氢原子光谱是氢原子发射光子时形成的发射光谱,为明亮彩色条纹,光谱是不连续的,与亮度无关,故C错误;由于跃迁时吸收或发射的光子的能量是两个能级的能量差,所以氢原子光谱的频率(波长)与氢原子能级的能量差有关,与氢气放电管放电强弱无关,故D错误。 [针对训练]　3.(多选)关于光谱,下列说法正确的是(　　) A.炽热的液体发射连续谱 B.明线光谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析 C.太阳光谱中的暗线,说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 D.发射光谱一定是连续谱 AB 解析:炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱,A正确;明线光谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析,B正确;太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素,C错误;发射光谱有连续谱和明线光谱,D错误。 三 要点3　原子的能级结构 33 1.能级:当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,具有不同的能量,这些分立的　　　　称为原子的能级。  2.跃迁:原子从一个　　　　变化到另一个　　　　的过程叫作跃迁。  3.基态和激发态:　　　能级对应的状态称为基态,其他状态为激发态。  4.电子云:根据　　　 　可知,我们只能用　　　　对电子的运动作统计性的描述,若用　　　　不同的点表示电子在各处出现的　　　　,这样画出的概率分布图称为电子云。  梳理 必备知识 自主学习 能量值 能级　 能级 最低 波粒二象性　 概率波　 疏密　 概率 [思考与讨论] 人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段,其中有:   人们对原子结构认识的先后顺序排列是怎样的? 提示:人们对原子结构的认识先后经历了汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型,故顺序应该为BCAD。 1.对氢原子能级图的理解 (1)能级图中n称为量子数,E1代表氢原子的基态能量,即量子数n=1时对应的能量,其值为-13.6 eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。 (2)作能级图时,能级横线间的距离和相应的能级差相对应,能级差越大,间隔越宽,所以量子数越大,能级越密,竖直线的箭头表示原子跃迁方向,长度表示辐射光子能量的大小,n=1是原子的基态,n→∞是原子电离时对应的状态。 归纳 关键能力 合作探究 2.能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的,它会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为N==。 3.光子的发射 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量,发射光子的频率由下式决定。 hν=Em-En(Em、En是始末两个能级且n<m) 能级差越大,放出光子的频率就越高。 [例4]　氢原子的能级图如图所示,已知可见光光子能量范围为1.62~3.11 eV。下列说法正确的是(　　) A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫 外线,并发生电离 B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的 光中一定包含可见光 C.大量处于n=2能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光子能量较大,有明显的热效应 D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,只可能发出3种不同频率的光 A [解析]　紫外线光子的能量一定大于可见光光子的能量,即一定大于3.11 eV,而从第3能级电离只需要1.51 eV 能量,选项A正确;从高能级向第3能级跃迁时辐射光子的能量一定小于1.51 eV,因此不含可见光,选项B错误;第2能级的氢原子向基态跃迁,辐射光子的能量为10.2 eV,是紫外线,只有红外线才有明显的热效应,选项C错误;大量氢原子从第4能级向低能级跃迁,有6种可能的光,选项D错误。 名师点评 能级跃迁规律 大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可辐射种频率的光子。一个处于n激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可辐射(n-1)种频率的光子。 [针对训练]　4.(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离,下列措施可行的是(　　) A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用10 eV的光子照射 AC 解析:由氢原子的能级图可求得E2-E1=-3.40 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,即10.2 eV是第二能级与基态之间的能量差,处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后将跃迁到第二能级态,可使处于基态的氢原子 激发,A正确;Em-E1≠11 eV,即不满足玻尔理论关于跃 迁的条件,B错误;要使处于基态的氢原子电离,照射 光的能量须大于等于13.6 eV,而14 eV>13.6 eV,故 14 eV的光子可使基态的氢原子电离,C正确;Em-E1≠ 10 eV,即不满足玻尔理论关于跃迁的条件,也不能使氢原子电离,D错误。 5.如图所示为氢原子的能级图。用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子,则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有(　　) A.15种　　　　　　　　 B.10种 C.4种 D.1种 B 解析:基态的氢原子的能级值为-13.6 eV,吸收13.06 eV 的能量后变成-0.54 eV,原子跃迁到n=5能级,由于氢原子是大量的,故辐射的光子种类是==10种。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [A组　基础巩固练] 1.卢瑟福提出了原子的核式结构模型,这一模型建立的基础是(　　) A.质子的发现 B.α粒子的散射实验 C.对阴极射线的研究 D.天然放射性现象的发现 解析:卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,故B正确,A、C、D错误。 B 12 13 11 2.α粒子散射实验又称金箔实验、Geiger-Marsden实验或卢瑟福α粒子散射实验,实验装置如图所示。通过该实验,我们可以知道(　　) A.原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布 在整个球体内,电子镶嵌在其中 B.占原子质量绝大部分的带正电的那部分物 质集中在很小的空间范围内 C.该实验证实了汤姆孙的“西瓜模型”是正确的 D.大多数α粒子穿过金箔后,其运动方向受到较大的影响 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 12 13 11 解析:正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电 子镶嵌其中是汤姆孙提出的原子模型,卢瑟福设 计的α粒子散射实验说明带正电的那部分物质占 原子质量的绝大部分且集中在很小的空间范围内, 从而证明汤姆孙的模型是错误的,故A、C错误, B正确;当α粒子穿过原子时,电子对α粒子影响很小,影响α粒子运动的主要是原子核,离核远则α粒子受到的库仑斥力很小,运动方向改变小,只有当α粒子与核十分接近时,才会受到很大的库仑斥力,而原子核很小,所以α粒子接近它的机会就很少,所以只有极少数发生大角度的偏转,而绝大多数基本按直线方向前进,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 3.不同元素都有自己独特的光谱线,这是因为各元素的(　　) A.原子序数不同　　　　　 B.原子质量数不同 C.激发源能量不同 D.原子能级不同 解析:当原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差,由于原子的能级是分立的,所以放出光子的能量也是分立的,这就是产生原子光谱的原因。由于不同元素的能级差不同,故每种元素都有自己独特的光谱线,故A、B、C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 12 13 11 4.关于α粒子散射实验及核式结构模型,下列说法正确的是(　　) A.从α粒子源到荧光屏都处于真空环境中 B.绝大多数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转 C.α粒子接近金原子核时,受到很强的吸引力才可能发生大角度偏转 D.α粒子散射实验否定了核式结构模型 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A 12 13 11 解析:在α粒子散射实验中,从α粒子源到荧光屏都处于真空环境中,选项A正确;绝大多数α粒子穿过金箔后不改变方向,只有极少数的粒子发生大角度偏转,选项B错误;α粒子接近金原子核时,受到很强的排斥力才可能发生大角度偏转,选项C错误;通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型,选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 5.(多选)按照玻尔原子理论,下列表述正确的是(　　) A.核外电子运动轨道半径可取任意值 B.氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大 C.电子跃迁时,辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定,即hν=|Em-En| D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程,可能辐射能量,也可能吸收能量 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BC 12 13 11 解析:根据玻尔理论,核外电子运动的轨道半径是确定的值,而不是任意值,A错误;氢原子中的电子离原子核越远,能级越高,能量越大,B正确;由跃迁规律可知C正确;氢原子从激发态向基态跃迁的过程中,只辐射能量,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 6.如图,在α粒子散射实验中,图中实线表示α粒子的运动轨迹,假定金原子核位置固定,a、b、c为某条轨迹上的三个点,其中a、c两点距金原子核的距离相等。下列说法正确的是(　　) A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 B.大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向返回 C.从a经过b运动到c的过程中,α粒子的电势能 先减小后增大 D.α粒子经过a、c两点时动能相等 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 12 13 11 解析:α粒子的散射实验说明了原子具有核式结构,而普朗克提出了能量量子化理论,故A错误;根据α粒子散射现象可知,大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进,只有少数α粒子有较大角度的偏转,故B错误;α粒子受到斥力作用,根据电场力做功特点可知,从远处运动到近处过程中电场力做负功,电势能增加,所以α粒子的电势能先增大后减小,故C错误;a、c两点距金原子核的距离相等,则α粒子经过a、c两点时动能相等,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 7.一个处于基态的氢原子吸收光子后,跃迁到另一定态,下列说法正确的是(　　) A.电子绕原子核运动的动能将会变大 B.电子绕原子核运动的频率将会变大 C.向低能级跃迁时,发出光子的频率一定等于吸收光子的频率 D.吸收光子属于紫外线,发出的光子可能含有可见光 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 12 13 11 解析:基态氢原子吸收光子后,运动半径增大,由=,可得Ek=mv2=,由此可知动能减小,故A错误;由=m×4π2f2r可得f2=,即r变大,f变小,故B错误;氢原子在吸收紫外线后跃迁到较高的激发态,而处于较高能级的激发态的氢原子向低能级跃迁时可能放出多种频率的光,故吸收光子频率不一定等于放出光子的频率,故C错误;氢原子在吸收紫外线后跃迁到较高的激发态,而处于较高能级的激发态的氢原子向低能级跃迁时可能放出多种频率的光,可能有可见光,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 8.如图所示为氢原子的能级图,用光子能量为12.09 eV的单色光照射大量处于基态的氢原子,激发后的氢原子可以辐射出几种不同频率的光,则下面说法正确的是(　　) A.氢原子最多辐射两种频率的光 B.氢原子最多辐射四种频率的光 C.从n=3跃迁到n=2能级的氢原子 辐射光波长最短 D.从n=3跃迁到n=1能级的氢原子辐射光波长最短 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 12 13 11 解析:由于E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,故用光子能量为12.09 eV的单色光照射大量处于基态的氢原子,能够跃迁到n=3的激发态,激发后的氢原子可以辐射出=3种不同频率的光,故A、B错误;在所辐射的3种不同频率的光中,E3-E2=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,能量差最小,对应的氢原子辐射光波长最长,E3-E1=12.09 eV,能量差最大,对应的氢原子辐射光波长最短,故C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 [B组　综合强化练] 9.在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示,图中P、Q为轨迹上的点,虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为四个区域,不考虑其他原子核对该α粒子的作用,那么该原子核可能位于(　　) A.①区域 B.②区域 C.③区域 D.④区域 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A 12 13 11 解析:卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,正电荷全都集中在原子核内,α粒子带正电,同种电荷相互排斥,在曲线运动中,合外力的方向应指向曲线的凹侧,①区域符合题意,故选项A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 10.(2024·广东佛山高二期末)灯会是中国一种古老的民 俗文化,已传承千年。现代灯会普遍用霓虹灯,霓虹灯发 光原理是不同气体的原子从高能级向低能级跃迁时发 出能量各异的光子而呈现出五颜六色,如图所示为氢原 子能级图,氢原子处于n=4能级上,可见光的光子能量范 围为1.62~3.11 eV,则下列说法正确的是(　　) A.一个处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时,最多产生6种谱线 B.氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁过程中发出的光为可见光 C.氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁过程中发出光的波长最长 D.氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁过程中发出的光不能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 12 13 11 解析:一个处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时,最多产生的谱线为n-1=3种,选项A错误;从n=4跃迁到n=2,两能级差为2.55 eV,则辐射出光子的能量为2.55 eV,可见光的光子能量范围为1.62 eV~3.11 eV,则该光属于可见光,选项B正确;氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁过程中能级差最大,发出光的频率最大,波长最短,选项C错误;氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁过程中发出的光子的能量为10.2 eV,大于金属钨的逸出功为4.54 eV,所以会发生光电效应,选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 11 11.氢原子能级图如图所示,下列说法正确的是(　　) A.当氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时,需要吸收 0.89 eV的能量 B.处于n=2能级的氢原子可以被能量为2 eV的电子 碰撞而向高能级跃迁 C.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可以 辐射出6种不同频率的光子 D.n=4能级的氢原子跃迁到n=3能级时辐射出电磁波 的波长比n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时辐射出电磁波的波长短 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 解析:根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差,可知, E3-E2=ΔE,因此氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时,需要 吸收的光子能量必须等于1.89 eV,故A错误;处于n=2能级 的氢原子可以被能量为2 eV的电子碰撞,吸收1.89 eV的 能量而向第3能级跃迁,故B正确;只有一个氢原子,则n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时,可以辐射3种不同频率的 光子,故C错误;结合能级图可知,从n=4能级的氢原子跃迁到n=3能级时辐射出电磁波的能量比n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时辐射出电磁波的能量小,由E=可知从n=4能级的氢原子跃迁到n=3能级时辐射出电磁波的波长比n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时辐射出电磁波的波长长,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [C组　培优选做练] 12.已知氢原子处于基态时的能级值为-13.6 eV,激发态能量En= eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。如果大量氢原子处在n=4的能级,则: (1)会辐射出几种频率的光? (2)其中波长最长的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的? (3)金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz,请通过计算判断,让这些氢原子辐射的光照射金属钠板,能发生光电效应的光共有几种? 答案:(1)6种　(2)n=4能级向n=3能级跃迁　(3)见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:(1)根据=6知,会辐射出6种不同频率的光。 (2)波长最长的光的光子能量最小,对应跃迁的能级差也最小,所以从n=4能级向n=3能级跃迁,发出的光波长最长。 (3)金属钠的逸出功W=hν0=6.63×10-34×5.53×1014 J = eV≈2.29 eV 根据ΔE=Em-En可知ΔE32=E3-E2=(-)×13.6 eV≈1.89 eV<2.29 eV,ΔE43=E4-E3=(-)×13.6 eV≈0.66 eV<2.29 eV,其他4种均大于2.29 eV,因此能发生光电效应的光共有4种。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 13.如果α粒子以速度v与电子发生弹性正碰(假定电子原来是静止的),求碰撞后,α粒子的速度变化了多少,并由此说明为什么原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转。(α粒子质量大约是电子质量的7 300倍) 答案:见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:设α粒子质量为M,与电子碰后速度为v1,电子质量为m,与α粒子碰后速度为v2。 由动量守恒定律得Mv=Mv1+mv2 ① 由能量守恒定律得Mv2=M+m ② 由①②式得 v1=v ③ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 则α粒子速度变化量 Δv1=v1-v=- v ④ 把M=7 300m代入④式得 Δv1=v≈-0.000 3v 可见α粒子的速度变化极小,说明原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $$