第16章 第二讲 原子结构 能级跃迁（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（福建专版）

原子结构 能级跃迁 第 二 讲 |纲举目张|·|精要回顾| 线 n2r1 微点判断 (1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。 ( ) (2)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。 ( ) (3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。 ( ) (4)α粒子散射实验中α粒子发生大角度偏转是与电子正碰造成的。 ( ) √ × √ × (5)氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能。 ( ) (6)任何物质都不会在红外线照射下发出可见光。 ( ) (7)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。 ( ) × √ √ 1 逐点清(一)　原子的核式结构(基础点速过) 2 逐点清(二)　氢原子光谱(基础点速过) CONTENTS 目录 4 课时跟踪检测 3 逐点清(三)　玻尔理论 能级跃迁(重难点疏通) 逐点清(一)　 原子的核式结构(基础点速过) |关键知能|·|升维学习| ◉α粒子散射实验现象 1.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　 ) A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转 √ 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，D错误。 ◉α粒子散射实验分析 2.(2025·宁德期末)如图所示，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(　 ) 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粒子几乎沿原方向返回 C.从a点经过b点运动到c点的过程中，α粒子的电势能先增大后减小 D.α粒子经过a、b两点时动能相等 √ 解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律第一次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，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误；粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知α粒子从a点经过b点运动到c点的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C正确；由于α粒子从a点运动到b点的过程中电场力做负功，则动能减小，故D错误。 ◉原子的核式结构的理论分析 3.假设α粒子的初速度为vα，质量为Mα，金属箔的原子序数为Z，则α粒子能接近原子核的最小半径r小为(k为静电力常量，e为元电荷电荷量)(　 ) A. B. C. D.无法计算 √ 解析：在初位置，α粒子速度最大，电势能可视为零(因为α粒子离原子核距离较远)，当α粒子距离原子核最近时，其速度为0，电势能最大，根据能量守恒定律得Mα=Epm=k，解得r小=，故B正确。 1.α粒子散射实验 (1)实验装置 α粒子源、金箔、荧光屏和显微镜。 (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。 2.原子的核式结构模型 (1)α粒子散射实验结果分析 ①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；②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；③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。 逐点清(二)　 氢原子光谱(基础点速过) ◉光谱分析的应用 1.(2025·龙岩期末)高光谱仪能又快又准地鉴别毒豆芽。检测时，将一束光近距离照射在豆芽上，靠反射回来的光谱信息进行分析判断。下列说法错误的是(　 ) A.每一种物质都有自己独特的光谱特征 B.检测原理：先提取原始物质的光谱信息再通过检测物的光谱与光谱库数据的比对分析来完成 C.光谱检测只能检测高温稀薄气体中游离态原子的光谱 D.物质中的原子吸收光的能量跃迁到高能级再回到较低能级时能发出自己独特的光谱 √ 解析：每一种物质都有自己独特的光谱特征，故A正确，与题意不符；检测原理：先提取原始物质的光谱信息再通过检测物的光谱与光谱库数据的比对分析来完成，故B正确，与题意不符；依题意，光谱检测除了能检测高温稀薄气体中游离态原子的光谱，也可以检测反射回来的光谱，故C错误，与题意相符；物质中的原子吸收光的能量跃迁到高能级再回到较低能级时能发出自己独特的光谱，故D正确，与题意不符。 ◉氢原子光谱的分析应用 2.(2024·浙江1月选考)氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式=R∞，n=3，4，5，6。用Hδ和Hγ光进行如下实验研究，则(　 ) A.照射同一单缝衍射装置，Hδ光的中央明条纹宽度宽 B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，Hδ光的侧移量小 C.以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多 D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置，Hγ光的饱和光电流小 √ 解析：根据巴耳末公式可知，Hγ光的波长较长，波长越长越容易发生明显的衍射现象，故照射同一单缝衍射装置，Hγ光的中央明条纹宽度宽，故A错误；Hγ光的波长较长，根据f=，可知Hγ光的频率较小，则Hγ光的折射率较小，在平行玻璃砖中偏折较小，Hγ光的侧移量小，故B错误；Hγ光的频率较小，则Hγ光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，Hγ光的光子数较多，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多，故C正确；若Hδ、Hγ光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，Hγ光的光子数较多，则Hγ光的饱和光电流大，Hδ光的饱和光电流小，故D错误。 1.光谱分类 2.氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢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)。 3.光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 逐点清(三)　 玻尔理论 能级跃迁(重难点疏通) 1.两类能级跃迁 (1)自发跃迁：由高能级跃迁到低能级，释放能量，发出光子。光子的频率ν==。 (2)受激跃迁：由低能级跃迁到高能级，吸收能量。 ①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν=ΔE。 ②碰撞、加热等：可能吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 2.电离 (1)基态→电离态：E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV，即为基态的电离能。 (2)n=2能级→电离态：E吸=0-E2=3.4 eV。 (3)如果原子吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 3.谱线条数的确定方法 (1)一个处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n-1)。 (2)一群处于n能级的氢原子跃迁可能发出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==。 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。 4.氢原子跃迁时能量的变化规律 (1)电子动能随r增大而减小。 (2)当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。 题点1　氢原子的能级跃迁及谱线条数的确定 1.(2024·安徽高考)大连相干光源是我国第一台高增 益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子 理论很好地解释了氢原子的光谱特征。如图为氢原子的能 级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处 于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　 ) A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 √ 解析：大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光有=3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV，ΔE2=E3-E2=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV，ΔE3=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。 题点2　能级跃迁与光电效应的综合 2.(2025·晋江期末)如图所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出不同频率的光，其中只有3种不同频率的光a、b、c照射到图甲电路阴极K的金属上能够发生光电效应，测得光电流随电压变化的图像如图乙所示，调节过程中三种光均能达到对应的饱和光电流，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　 ) A.阴极金属的逸出功可能为W0=1.50 eV B.图乙中的b光光子能量为12.09 eV C.图乙中的a光是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的 D.单色光c与单色光a的光子能量之差为 √ 解析：一群处于n=4能级的氢原子在向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，按频率从高到低(辐射能量从大到小)分别是n=4→n=1，n=3→n=1，n=2→n=1，n=4→n=2，n=3→n=2，n=4→n=3，依题意，照射题图甲所示的光电管阴极K，能使金属发生光电效应的是其中频率高的三种，分别是n=4→n=1；n=3→n=1；n=2→n=1，由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为Ec=E2-E1=-3.4 eV+13.6 eV=10.2 eV，辐射能量排第4的光子能量为E42=E4-E2=-0.85 eV+3.4 eV=2.55 eV，由于只有3种不同频率的光照射到电路阴极K的金属上能够发生光电效应，故阴极金属的逸出功介于2.55 eV~10.2 eV之间，不可能是1.50 eV，故A错误；由题图乙可知，b光是频率排第二的光，则是由第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为Eb=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV，故B正确；a光的频率最高，a光是由第4能级向基态跃迁发出的，故C错误；根据光电效应方程有Ek=hν-W0，根据动能定理有0-eUc=0-Ek，则hν=W0+eUc，所以单色光c与单色光a的光子能量之差为ΔE=hνa-hνc=e，故D错误。故选B。 题点3　受激跃迁与电离 3.(2025·南安模拟)用如图甲所示的装置做氢气放电管实验，观测到四种频率的可见光。已知可见光的光子能量在1.6 eV~3.1 eV之间，氢原子能级图如图乙所示。下列说法正确的是(　 ) A.观测到的可见光可能是氢原子由高能级向n=3的能级跃迁时放出的 B.n=2能级的氢原子吸收上述某可见光后可能会电离 C.大量氢原子从高能级向基态跃迁时会辐射出紫外线 D.大量处于n=4能级的氢原子最多能辐射出4种频率的光 √ 解析：因可见光的光子能量在1.6 eV~3.1 eV之间，所以观测到的可见光可能是氢原子由高能级向n=2的能级跃迁时放出的，故A错误；n=2能级的氢原子要吸收至少3.4 eV的能量才能电离，而可见光的光子能量在1.6 eV~3.1 eV之间，故B错误；当大量氢原子从n=2能级向基态跃迁时辐射出的能量为10.2 eV，而从其他高能级向基态跃迁时辐射出的能量都大于10.2 eV，且都大于可见光的最大光子能量3.1 eV，所以大量氢原子从高能级向基态跃迁时会辐射出紫外线，故C正确；大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，根据=6，最多能辐射出6种频率的光，故D错误。 课时跟踪检测 (单击进入电子文档) $$