第16章 第2讲 原子结构 能级跃迁(基础落实课)（学案）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（培优进阶版）

第2讲　原子结构　能级跃迁(基础落实课) 一、原子的核式结构模型 1.电子的发现:英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子。 2.α粒子散射实验 (1)装置:1909年,英国物理学家　　　　和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验装置如图所示。  (2)现象:实验发现,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿　　　的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数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)  3.原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的　　　　和几乎全部　　　都集中在核里,带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。  二、氢原子光谱 1.光谱:用光栅或棱镜可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得光的　　　(频率)和强度分布的记录,即光谱。  2.光谱分类 3.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。 4.光谱分析:每种原子都有自己的　　　　,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。  三、玻尔的原子理论 1.玻尔原子理论的三条假设 定态假设 原子只能处于一系列　　　　的能量状态中,在这些能量状态中原子是　　　的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量  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,光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=　　　　　。(m<n,h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)  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　　　的,因此电子的轨道半径也是　　　　的  2.氢原子的能量和能级跃迁 (1)氢原子的能级图:如图所示。 (2)能级和半径公式: 半径 公式 rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径,其数值为r1=0.53×10-10 m 能级 公式 En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=　　　 eV  微点判断 1.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。 ( 　) 2.原子中绝大部分是空的,原子核很小。 ( 　) 3.核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。 ( 　) 4.按照玻尔理论,核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。 ( 　) 5.氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能。 ( 　) 6.一个处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n-1)。 ( 　) 逐点清(一)　原子的核式结构 |题|点|全|练| 1.[α粒子散射实验现象] (多选)α粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一,卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型,其实验装置如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.荧光屏在C位置的亮斑比在A、B位置的亮斑少 B.该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 C.荧光屏在B位置的亮斑比在A位置的亮斑多 D.该实验说明原子质量均匀地分布在原子内 2.[α粒子散射实验分析] 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。下列说法正确的是 (　　) A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了核式结构模型 B.大多数α粒子几乎沿原方向返回 C.从a经过b运动到c的过程中,α粒子的电势能一直增大 D.α粒子经过a、b两点时动能相等 |精|要|点|拨| 分析原子的核式结构模型所用的规律 (1)库仑定律:F=k,可以用来确定电子和原子核间、α粒子和原子核间的相互作用力。 (2)牛顿运动定律和圆周运动规律:可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题。 (3)功能关系及能量守恒定律:可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题。 逐点清(二)　氢原子光谱 |题|点|全|练| 1.氢原子光谱巴耳末系中的四条可见光如图甲所示,Hδ是氢原子从能级6跃迁到能级2产生的,Hα是从能级3跃迁到能级2产生的。用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,得到如图乙和图丙所示的干涉条纹。下列说法正确的是 (　　) A.图乙中的干涉条纹对应的是Hδ B.Hδ的波长大于Hα的波长 C.Hδ的光子动量小于Hα的光子动量 D.Hβ是氢原子从能级5跃迁到能级2产生的可见光 2.氢原子从高能级向n=1、2能级跃迁产生的相应光谱,分别称为赖曼系和巴耳末系,如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.巴耳末系光子能量大于赖曼系光子能量 B.巴耳末系光波的波长可能等于赖曼系光波的波长 C.若巴耳末系和赖曼系的某种光波分别通过同一双缝干涉装置,则巴耳末系光波干涉条纹间距更大 D.若用巴耳末系和赖曼系光波分别照射同一金属发生光电效应,则用巴耳末系光波照射产生的光电子最大初动能更大 3.氢原子是自然界中最简单的原子,通过对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息,对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。用氢气放电管可以获得氢原子光谱,如图所示为氢原子在可见光区的四条谱线,即图中Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线。 (1)从光谱的结果看,氢原子的光谱是什么谱线? (2)试分析氢原子光谱的分布特点。 |精|要|点|拨| 1.光谱分为:(1)连续光谱;(2)线状光谱(原子光谱);(3)吸收光谱。 2.光谱分析:原子光谱是原子的“指纹”,可以鉴别物质的化学组成及含量。 注意:①各种原子发光都产生线状光谱,说明原子只发出几种特定频率的光。 ②不同原子的原子光谱的谱线位置不同,说明不同原子的发光频率是不一样的。 逐点清(三)　玻尔理论　能级跃迁 细作1　原子的能级跃迁问题 1.(鲁科版教材选择性必修3,P101例题)氢原子从n=4的能级跃迁到n=1的能级,所辐射光子的能量、频率和波长分别是多少?(已知氢原子在基态的能量E1=-13.6 eV,元电荷e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s) 2.(2024·江西高考)近年来,江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED),开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示,若能级差为2.20 eV(约3.52×10-19 J),普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则发光频率约为 (　　) A.6.38×1014 Hz　　　　 B.5.67×1014 Hz C.5.31×1014 Hz D.4.67×1014 Hz |考|教|衔|接| 　 　　教材题是理论知识,高考题是具体应用,这是考教衔接的应有之意。两题均考查了玻尔理论的跃迁假设规律,需应用hν=Em-En和ε=hν求解,高考题以硅衬底氮化镓基系列发光二极管为素材,结合我国最新的科技前沿命制试题,凸显我国科技成就,增强科技自信,树立学生科技强国的社会责任感。 一点一过 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 = E n 大 - E n 小 ) (2) ( 从高能级 ( n 大 ) ) ( 低能级 ( n 小 ) ) ( 　放出能量 hν = E n 大 - E n 小 ) 2.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。 细作2　谱线条数的确定 3.氢原子的能级图如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.玻尔的原子理论认为电子绕原子核旋转的轨道是连续的 B.用能量为11 eV的光子照射处于基态的氢原子可以使之发生跃迁 C.大量处于n=3能级的氢原子,最多可向外辐射2种不同频率的光子 D.一个处于n=3能级的氢原子,最多可向外辐射2种不同频率的光子 一点一过　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。 细作3　受激跃迁与电离 4.“北斗三号”采用星载氢原子钟,该钟数百万年到一千万年才有1 s 误差。氢原子的部分能级结构如图所示,则下列说法正确的是 (　　) A.用动能为14 eV的电子轰击处于基态的氢原子,一定不能使其跃迁到激发态 B.氢原子由基态跃迁到激发态后,核外电子动能减小,原子的电势能增大 C.某个处于基态的氢原子可以吸收12.09 eV的光子,发出3种不同频率的光 D.处于基态的氢原子只能吸收13.6 eV的能量实现电离 一点一过 1.受激跃迁:低能级→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:只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可,E外≥ΔE。 2.电离:由基态或低能级→电离态 (1)基态→电离态:E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV,电离能。 (2)n=2能级→电离态:E吸=0-E2=3.4 eV。 (3)如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。 细作4　能级跃迁与光电效应的综合 5.已知金属锌的逸出功为3.34 eV,氢原子能级分布如图所示,氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级可产生a光,从n=2能级跃迁到n=1能级可产生b光。a光和b光的波长分别为λa和λb。现用a、b光分别照射到金属锌表面均可产生光电效应,遏止电压分别为Ua和Ub。下列说法中正确的是 (　　) A.λa<λb B.Ua<Ub C.a光的光子能量为3.4 eV D.b光照射到金属锌表面产生的光电子的最大初动能为8.75 eV 一点一过　能级跃迁与光电效应综合问题解题思路 1.确定自发跃迁中释放的能量 由高能级跃迁到低能级,释放能量,发出光子,光子的能量和频率满足hν=ΔE=E高-E低。 2.比较释放光子的能量与金属逸出功的大小 (1)若能级跃迁释放的光子的能量小于金属的逸出功,则不能发生光电效应。 (2)若能级跃迁释放的光子的能量大于金属的逸出功,则可以发生光电效应。并进一步确定光电效应中光电子的最大初动能及遏止电压的大小。 课下请完成课时跟踪检测(七十三) 8 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $$