1、第第 4 4 章章 原子结构原子结构 知识网络建构与学科素养知识网络建构与学科素养提升提升 一、对 粒子散射实验及核式结构模型的理解 1.实验结果： 粒子穿过金箔后，绝大多数 粒子仍沿原来的方向前进；少数 粒子有较大的偏转；极少数 粒子的偏转角度超过 90 ，有的甚至被弹回，偏转 角度达到 180 。 2.核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部正电荷和 几乎全部质量都集中在原子核内，电子在原子核外运动。 3.原子核的组成与尺度 (1)原子核的组成： 由质子和中子组成， 原子核的电荷数等于原子核中的质子数。 (2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为 10 15 m
2、，而原子的半径的 数量级是 10 10 m。因而原子内部十分“空旷”。 例 1 (多选)关于 粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( ) A.绝大多数 粒子沿原方向运动， 说明正电荷在原子内均匀分布， 使 粒子受力 平衡的结果 B.绝大多数 粒子沿原方向运动，说明这些 粒子未受到明显的力的作用，说明 原子内大部分空间是空的 C.极少数 粒子发生大角度偏转， 说明原子内质量和电荷量比 粒子大得多的粒 子在原子内分布空间很小 D.极少数 粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对 粒子的吸引力很大 解析 在粒子散射实验中，绝大多数粒子沿原方向运动，说明这些粒子未 受到原子核明显的力的作用，也说明原
3、子核相对原子来讲很小，原子内大部分空 间是空的，故 A 错误，B 正确；极少数 粒子发生大角度偏转，说明会受到原 子核明显的力的作用的空间在原子内很小， 粒子偏转而原子核未动，说明原子 核的质量和电荷量远大于 粒子的质量和电荷量， 电子的质量远小于 粒子的质 量， 粒子打在电子上，不会有明显偏转，故 C 正确，D 错误。 答案 BC 针对训练 1 如图所示为卢瑟福 粒子散射实验装置的示意图， 图中的显微镜可 在圆周轨道上转动， 通过显微镜前相连的荧光屏可观察 粒子在各个角度的散射 情况。下列说法中正确的是( ) A.在图中的 A、B 两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一 样多
4、B.在图中的 B 位置进行观察，屏上观察不到任何闪光 C.卢瑟福选用不同金属箔片作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似 D. 粒子发生散射的主要原因是 粒子撞击到金原子后产生的反弹 解析 放在 A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数 粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故 A 错误；放在 B 位置时，相同 时间内观察到屏上的闪光次数极少，说明极少 粒子发生大角度偏折，故 B 错 误；选用不同金属箔片作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故 C 正确； 粒子发生散射的主要原因是 粒子接近金原子核时，因库仑力作用，且 金原子核质量较大，从而使粒子出现的反弹，故
5、 D 错误。 答案 C 二、玻尔氢原子模型及跃迁规律的应用 1.氢原子的能级 对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也 不同。 原子各能级的关系为 EnE1 n2 (n1，2，3) 对于氢原子而言，基态能级：E113.6 eV 2.氢原子的能级图 3.跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足 h|EmEn|，hc |EmEn|。 4.使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子 (1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差， 否则不被吸收，不存在激发到 n 能级时能量有余，而激发到 n1 时能量不足， 则可激发到 n 能级的问题。 (2)原子
6、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 的动能可部分地被原子吸收， 所以只要入射粒子的能量大于等于两能级的能量差 值，就可使原子发生能级跃迁。 5.原子跃迁时需要注意的两个问题 (1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，在某段时间内，由某 一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，但是如果有大量 的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。 (2)注意跃迁与电离：hEmEn只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间 跃迁的情况，对于光子和原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制。如 基态氢原子的电离能为 13.6 eV， 只要大
7、于或等于 13.6 eV 的光子都能被基态的氢 原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子 的动能越大。 例 2 (多选)氢原子的部分能级示意图如图所示，已知可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间。由此可推知，氢原子( ) A.从高能级向 n1 能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短 B.从高能级向 n2 能级跃迁时发出的光均为可见光 C.从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高 D.从 n3 能级向 n2 能级跃迁时发出的光为可见光 解析 从高能级向n1的能级跃迁的过程中， 辐射出的光子最小能量为10.20 eV， A 正确；已知
8、可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间，从高能级向 n2 能 级跃迁时释放的光子的能量最大为 3.40 eV，B 错误；从高能级向 n3 能级跃迁 时释放的光子的能量最大为 1.51 eV，频率低于可见光，C 错误；从 n3 能级向 n2 能级跃迁的过程中释放的光子的能量等于 1.89 eV，介于 1.62 eV 到 3.11 eV 之间，所以是可见光，D 正确。 答案 AD 针对训练 2 已知氢原子基态能量为13.6 eV，下列说法中正确的有( ) A.用波长为 600 nm 的光照射时，可使稳定的氢原子电离 B.用光子能量为 10.2 eV 的光照射时，可能使处于基态
9、的氢原子电离 C.氢原子可能向外辐射出 11 eV 的光子 D.氢原子可能吸收能量为 1.89 eV 的光子 解析 “稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大 于或等于 13.6 eV，而波长为 600 nm 的光子的能量为 Ehc 6.63 10 34 3108 60010 91.61019 eV2.07 eV13.6 eV，A 错误；因 10.2 eV 13.6 eV，所以 B 错误；若入射光光子能量小于 13.6 eV，则氢原子只能选择性地 吸收能量等于其能级差的特定光子，完成由低能级向高能级的跃迁，又 EmEn hc ，由氢原子的能级图和跃迁假设知，D 正确，C 错误。 答案 D