第4章 原子结构 章末小结与质量评价（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

本讲义聚焦原子物理核心知识点，系统梳理原子结构模型（汤姆孙枣糕模型、卢瑟福核式结构）、α粒子散射实验的意义、氢原子能级跃迁规律及光谱分析等内容，构建从物理观念建构到科学思维强化的学习支架，帮助学生形成对物质微观结构的整体认识。 资料以“知识体系建构-考法融会-好题精练”为主线，通过典型例题（如原子模型辨析、能级跃迁计算）和“融会贯通”模块深化科学思维（模型建构、科学推理），结合光刻机等实际情境题培树科学态度与责任。课中辅助教师突破重难点，课后助力学生通过对点训练和价值题查漏补缺，提升综合应用能力。

一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维 考法一　原子的核式结构 　　[例1]　下列关于原子结构模型的说法正确的是 (　 ) A.汤姆孙发现了电子,并提出了原子结构的“枣糕模型” B.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 C.卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性 D.玻尔原子模型能很好地解释所有原子光谱的实验规律 [解析]　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了原子内部存在带负电的电子,并提出原子结构的“枣糕模型”,卢瑟福的α粒子散射实验主要是否定了汤姆孙的原子结构的“枣糕模型”,不能解释原子的稳定性,故A正确,B、C错误;玻尔原子模型能很好地解释原子的稳定性和氢原子光谱的实验规律,但并不能解释所有原子的光谱规律,故D错误。 [答案]　A [融会贯通] 1.电子的发现 (1)说明了原子是可分的,是有结构的。 (2)典型的两种原子模型: ①枣糕模型,②核式结构模型。 2.原子的核式结构 物理观念 情境 实验图示及意义 电子 电子的 发现 说明原子是可分的 绕原子 核旋转 玻尔的能级解释和跃迁理论能较好地解释氢原子光谱 原子核 α 粒子 散射 实验 能用原子的核式结构解释“α粒子散射实验”。原子内部有一个很小的核,叫作原子核,原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内,带负电的电子绕核运动 [对点训练] 1.如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是 (　 ) A.M点　　　　　　　　 B.N点 C.P点 D.Q点 解析:选C　α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电,互相排斥,加速度方向与α粒子所受斥力方向相同。α粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧,故只有选项C正确。 2.1909年,英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革、马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”,实验中大量的α粒子穿过金箔前后的运动模型如图所示。卢瑟福通过对实验结果的分析和研究,于1911年建立了他自己的原子结构模型。下列关于“α粒子穿过金箔后”的描述中,正确的是 (　 ) A.绝大多数α粒子穿过金箔后,都发生了大角度偏转 B.少数α粒子穿过金箔后,基本上沿原来方向前进 C.通过α粒子散射实验,确定了原子核半径的数量级为10-15 m D.通过α粒子散射实验,确定了原子半径的数量级为10-15 m 解析:选C　绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上沿原来方向前进,少数α粒子穿过金箔后,发生大角度偏转,A、B错误;通过“α粒子散射实验”卢瑟福确定了原子核半径的数量级为10-15 m,C正确;原子半径的数量级为10-10 m,不是通过α粒子散射实验确定的,D错误。 考法二　光谱、能级和能级跃迁 　　[例2]　(多选)用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为n(n>2)的激发态,此时出现的氢光谱中有N条谱线,其中波长的最大值为λ。现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到N'条,其中波长的最大值变为λ'。下列各式中可能正确的是 (　 ) A.N'=N+n　　　　　 B.N'=N+n-1 C.λ'>λ D.λ'<λ [解析]　处于量子数为n的激发态的大量氢原子向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为N==。设这些氢原子被激发到量子数为n'=n+1的激发态时出现的氢光谱中有N'条谱线,则N'==N+n,故A项正确。氢原子所处的能级越高,则相邻两能级间的能量差越小,因n'>n,则ΔE'<ΔE,且ΔE'=,ΔE=,所以λ'>λ,故C项正确。 [答案]　AC [融会贯通] 　　光谱、能级、能级跃迁的对比分析 角度 情境 模型构建 分析方法 光谱 发射光谱、 吸收光谱 光谱分析 =RH 能级 基态、激发态 rn=n2r1(n=1,2,3…),r1=0.53×10-10 m。 En=(n=1,2,3…)E1=-13.6 eV 能级 跃迁 定态假设 跃迁假设 hν=En-Em N== [对点训练] 3.氢原子的能级图如图所示,当氢原子从n=3的能级跃迁到n=1的能级时,能够辐射出a、b、c三种频率的光子,设a、b、c三种频率光子的频率和能量分别是νa、νb、νc和Ea、Eb、Ec,下列说法正确的是 (　 ) A.Eb=E1-E3　　　 B.Ea=Eb-Ec C.νa=νb+νc D.νa=νc-νb 解析:选B　由玻尔理论可知,Eb=E3-E1,Ea=E2-E1,Ec=E3-E2,则Ea=Eb-Ec,故A错误,B正确;由E=hν可知,hνa=hνb-hνc,可得νa=νb-νc,故C、D错误。 4.(多选)如图所示为氢原子能级图,可见光的能量范围为1.62~3.11 eV,用可见光照射大量处于n=2能级的氢原子,可观察到多条谱线,若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n=2能级的氢原子,至少可观察到两条具有显著热效应的红外线,已知红外线的频率比可见光小,则关于实物粒子的能量E,下列说法正确的是 (　 ) A.一定有4.73 eV>E>1.62 eV B.E的值可能使处于基态的氢原子电离 C.E一定大于2.86 eV D.E的值可能使基态氢原子产生可见光 解析:选BD　红外线光子的能量小于可见光光子的能量,用实物粒子轰击大量处于第2能级的氢原子,至少可观察到两种红外线光子,则说明处于第2能级的氢原子受激发后至少跃迁到第5能级。所以实物粒子的最小能量为E=E5-E2=-0.54 eV-(-3.4 eV)=2.86 eV,因为E可以取大于或等于2.86 eV的任意值,则B、D正确,A、C错误。 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 1.在α粒子散射实验中,没有考虑α粒子跟电子的碰撞,其原因是 (　 ) A.α粒子不跟电子发生相互作用 B.α粒子跟电子相碰时,损失的能量极少,可忽略 C.电子的体积很小,α粒子不会跟电子相碰 D.由于电子是均匀分布的,α粒子所受电子作用的合力为零 解析:选B　α粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,但由于电子质量很小,只有α粒子质量的,碰撞时对α粒子的运动影响极小,几乎不改变运动方向,故正确答案为B。 2.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫俄歇电子。已知铬原子的能级公式可表示为En=-,式中n=1,2,3,…表示不同能级,A是已知常量,上述俄歇电子脱离原子后的动能是 (　 ) A.A　　 B.A　　 C.A　　 D.A 解析:选C　由铬原子的能级公式有n=2,n=4能级上的电子的能量分别为E2=-,E4=-,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级,释放的能量为ΔE1=E2-E1=A;n=4能级上的电子脱离原子发生电离,即跃迁到无穷远处需吸收的能量为ΔE2=E∞-E4=,发生俄歇效应时,设俄歇电子的动能为Ek,则它应等于电子所吸收的能量减去脱离原子所需能量,即Ek=ΔE1-ΔE2,所以Ek=A,故C正确。 3.(多选)光刻机是生产芯片的核心设备,其作用主要是让光源发出的光通过物镜把设计好的电路图样打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上,将电路雕刻在上面。光的波长越小,能雕刻的尺寸越小,制造的芯片就越精密。目前世界上生产的光刻机主要是利用紫外线作为光源,紫外线的光子能量范围为3~124 eV。如图所示为氢原子的能级图。现有一群处于n=4能级的氢原子,下列说法正确的是 (　 ) A.这群氢原子辐射的光中,有四种频率的光为紫外线 B.这群氢原子辐射的光中,波长最长的光子能量为0.66 eV C.这群氢原子辐射的光中,能使光刻机雕刻尺寸最小的光子能量为12.75 eV D.在光刻机的物镜和硅晶圆之间充满水,打在硅晶圆上的光的波长将变短 解析:选BCD　根据能级跃迁知识,从n=4能级跃迁到n=3能级和从n=4能级跃迁到n=2能级以及从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量均小于3 eV,而从n=4能级跃迁到n=1能级和从n=3能级跃迁到n=1能级以及从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量均大于3 eV且小于124 eV,所以这群氢原子辐射的光中,有三种频率的光为紫外线,故A错误;这群氢原子辐射的光中,当氢原子从n=4能级向n=3能级跃迁时,波长最长,此光子能量为E=E4-E3=-0.85 eV-(-1.51)eV=0.66 eV,故B正确;在氢原子辐射的光中,从n=4能级跃迁到基态释放的光子能量最大,其波长最小,能使光刻机雕刻尺寸最小,其光子能量为E=E4-E3=-0.85 eV-(-13.6)eV=12.75 eV,故C正确;在光刻机的物镜和硅晶圆之间充满水,光频率不变,速度减小,可知光的波长在水中将变短,打在硅晶圆上的光的波长将变短,得以刻出更精密的芯片,故D正确。 4.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:选C　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的能量才可能电离,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。 学科网（北京）股份有限公司 $