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物理选择性必修 第三册第一节 原子的结构学案设计
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这是一份物理选择性必修 第三册第一节 原子的结构学案设计，共10页。
[学习目标] 1.了解α粒子散射实验及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.2.知道氢原子光谱的实验规律.3.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容．了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念．
一、原子核式结构的提出
1．电子的发现：J·J·汤姆孙在气体电离和光电效应实验现象中发现了电子．
2．汤姆孙的原子结构模型：原子是一个球体，正电荷均匀地分布在其中，质量很小的电子镶嵌其中，被形象称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”．
3．α粒子散射实验
(1)英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行了α粒子散射实验．
(2)实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数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°，有的甚至达到了180°.
(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．
4．核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动．
二、氢原子光谱
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．
2．经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱是分立的．
三、原子的能级结构
1．轨道量子化：丹麦物理学家玻尔提出电子绕原子核运动的轨道半径是分立的，电子只能在某些特定的轨道上运动．
2．能级：电子在不同轨道上运动时，具有不同的能量，这些分立的能量值被称为原子的能级．
3．跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程．
4．基态与激发态：正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级对应的状态称为基态．当电子受到外界激发时，可从外界吸收能量跃迁到较高的能级上，这些能级对应的状态为激发态．处于激发态的氢原子是不稳定的，会向较低的能级跃迁并以光子形式向外辐射能量．
5．光子的能量
跃迁前后的能级分别是Em、En，则辐射(或吸收)光子的能量为hν＝Em－En.
判断下列说法的正误．
(1)卢瑟福发现了电子并提出了原子的核式结构模型．( × )
(2)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动．( √ )
(3)氢原子的光谱是连续的．( × )
(4)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．( √ )
(5)电子从较高的能级向较低的能级跃迁时，会放出任意频率的光子．( × )
一、原子的核式结构
1．J·J·汤姆孙发现了电子，打破了传统“原子不可分”的观念．
2．α粒子散射实验现象的分析
(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
(2)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．汤姆孙的原子结构模型不能解释α粒子的大角度散射．
(3)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内．
3．卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕原子核旋转．
(多选)如图1所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置，下列关于该实验的描述正确的是( )
图1
A．α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成
B．该实验揭示了原子具有核式结构
C．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转
D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
答案 AB
解析 为了避免其他原子的影响，α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，故A正确；α粒子的散射实验说明原子中绝大部分是空的，揭示了原子具有核式结构，故B正确；α粒子的散射实验观测到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，故C错误；通过该实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，同时否定了汤姆孙原子模型，故D错误．
(多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容( )
A．原子中心有一个很小的核
B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
答案 ABD
解析 卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，带负电的电子在核外空间绕原子核旋转．
二、氢原子光谱
导学探究
如图2所示为氢原子的光谱．
图2
仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
答案 氢原子光谱是分立的，不连续的．
知识深化
1．氢原子光谱是分立的，这用经典物理学观点无法解释清楚，从而为将量子化引入原子结构奠定了基础．
2．不同的原子发光产生的光谱不同．每一种原子都对应着自己的特征谱线．
对原子光谱，下列说法中不正确的是( )
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素
答案 B
解析 原子光谱为线状谱，不连续，A对；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D对．
三、原子的能级结构
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．
(2)氢原子的电子轨道最小半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数．
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．
(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.
(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动．
氢原子各能级的关系为：En＝eq \f(1,n2)E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)
3．跃迁
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，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级Emeq \(,\s\up7(发射光子hν＝Em－En),\s\d5(吸收光子hν＝Em－En))低能级En.
命题角度1 对玻尔理论的理解
(多选)按照玻尔理论，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(m>n)
D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，可能辐射能量，也可能吸收能量
答案 BC
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，氢原子的能量越大，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，应辐射能量，D错误．
命题角度2 氢原子的能量和能量变化
(多选)(2020·石城中学高二月考)氢原子的核外电子由一个轨道向另一个轨道跃迁时，可能发生的情况是( )
A．原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．原子放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小
C．原子吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
D．原子放出光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量减小
答案 CD
解析 原子吸收光子时，电子的轨道半径增大，库仑力做负功，电子动能减小，原子的电势能增大，根据玻尔理论得知，原子的能量增大，故C正确，A错误；原子放出光子时，电子的轨道半径减小，库仑力做正功，电子动能增大，原子的电势能减小，根据玻尔理论得知，原子的能量减小，故D正确，B错误．
原子的能量及变化规律
1．原子的能量：En＝Ekn＋Epn.
2．电子绕氢原子核运动时：keq \f(e2,r\\al(n 2))＝meq \f(v\\al(n 2),rn)，
故Ekn＝eq \f(1,2)mvn2＝eq \f(ke2,2rn)
电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小．
3．当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小．
4．电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道．即电子轨道半径越大，原子的能量En越大．
考点一 原子的核式结构
1．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的基本粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
答案 BCD
解析 发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子具有一定的结构，但并没有证明原子核的存在，也不能说明原子是由电子和原子核组成的，故A错误，B正确；电子是人类发现的第一种基本粒子，故C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，从而比较好地解释了物体的带电现象，故D正确．
2．(多选)卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是( )
A．解释α粒子散射实验现象
B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
答案 AB
解析 α粒子散射实验现象与汤姆孙的枣糕模型相矛盾，卢瑟福的原子核式结构模型合理解释了该实验现象，并通过实验数据估算出了原子核的半径的数量级为10－15～10－14 m，A、B正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子是由原子核和核外电子组成的，但不能说明原子核内存在质子，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误．
3.(2020·临泽一中高二期中)如图1所示为卢瑟福α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α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是( )
图1
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
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
答案 C
解析 α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏转，所以A处观察到的屏上的闪光次数多，B处观察到的屏上的闪光次数少，所以选项A、B错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确．
4．(多选)关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是( )
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大角度的偏转，极少数偏转角度超过90°，有的甚至被弹回
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的引力使之发生明显偏转
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及几乎全部质量
答案 ACD
解析 α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至几乎被反弹回来)，故A正确；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，故B错误；绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分及几乎全部质量，且带有原子的全部正电，故C、D正确．
考点二 原子的能级结构
5．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( )
A．原子处于称为定态的能量状态时，电子在轨道上绕核转动，但并不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
答案 ABC
6．根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )
A．当氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为hν＝En
B．电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发射光子的频率也是ν
C．一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一个半径为rb的轨道，已知ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子
D．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁
答案 C
解析 氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不同，故A错误；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错误；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误．
7．(2020·东北师大附中高二月考)根据玻尔的氢原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后( )
A．氢原子所在的能级下降
B．氢原子的电势能增加
C．电子绕核运动的半径减小
D．电子绕核运动的动能增大
答案 B
解析 根据玻尔的氢原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后，氢原子的能级升高，半径增大，A、C错误；电子与原子核间的距离增大，库仑力做负功，电势能增加，B正确；电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，由eq \f(ke2,r2)＝eq \f(mv2,r)，可得Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,2r)，半径增大，动能减小，故D错误．
8.(2020·阿勒泰市高二期末)如图2所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，氢原子受激发能跃迁到n＝3的激发态，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
图2
A．13.6 eV
B．12.09 eV
C．10.2 eV
D．3.4 eV
答案 B
解析 从基态跃迁到第3能级，则吸收的光子能量为ΔE＝－1.51－(－13.6 eV)＝12.09 eV，故B正确，A、B、C错误．
9．(2020·襄阳市第一中学高二月考)如图为卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是( )
答案 B
解析 α粒子在靠近金原子核时，离金原子核越近，所受库仑斥力越大，偏转角度越大，且粒子做曲线运动，合外力指向凹的一侧，根据这些特点可以判断出，B正确，A、C、D错误．
10．如图3为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )
图3
A．从n＝4能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出电磁波的波长短
B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出的电磁波的速度大
C．若要从低能级跃迁到高能级，必须吸收光子
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
答案 A
解析 氢原子跃迁时辐射出电磁波，hν＝eq \f(hc,λ)＝Em－En＝ΔE，可见λ和ΔE成反比，由能级图可得从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，ΔE1＝0.66 eV，从n＝4能级跃迁n＝2能级时，ΔE2＝2.55 eV，所以A正确；电磁波的速度都等于光速，B错误；若有电子去碰撞氢原子，入射电子的动能可全部或部分被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于氢原子两个能级之间的能量差，也可使氢原子由低能级向高能级跃迁，C错误；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外放出能量，而非氢原子核，D错误．
11．大量氢原子处于不同激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV，跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________ eV(基态能量为－13.6 eV)．
答案 2 －1.51
解析 大量氢原子跃迁发出三种不同能量的光子，跃迁情况可能为n＝3的激发态到n＝2的激发态或直接到n＝1的基态，也可能是n＝2的激发态到n＝1的基态，所以跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，最高能级的能量值满足E＝－13.6 eV＋12.09 eV，即E为－1.51 eV.
12．氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV，氢原子各能级的关系为En＝eq \f(E1,n2)(n＝1,2，3…)．今有一群处于n＝4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同的光子？其中光子最小的能量是多少？
答案 6种 0.66 eV
解析 一群处于n＝4激发态的氢原子自发地向低能级跃迁，可发生的跃迁为
n＝4→n＝3
n＝4→n＝2
n＝4→n＝1
n＝3→n＝2
n＝3→n＝1
n＝2→n＝1
共辐射六种不同频率的光子
其中由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出的光子的能量最小，则Emin＝E4－E3≈0.66 eV.
[学习目标] 1.了解α粒子散射实验及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.2.知道氢原子光谱的实验规律.3.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容．了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念．
一、原子核式结构的提出
1．电子的发现：J·J·汤姆孙在气体电离和光电效应实验现象中发现了电子．
2．汤姆孙的原子结构模型：原子是一个球体，正电荷均匀地分布在其中，质量很小的电子镶嵌其中，被形象称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”．
3．α粒子散射实验
(1)英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行了α粒子散射实验．
(2)实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数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°，有的甚至达到了180°.
(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．
4．核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动．
二、氢原子光谱
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．
2．经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱是分立的．
三、原子的能级结构
1．轨道量子化：丹麦物理学家玻尔提出电子绕原子核运动的轨道半径是分立的，电子只能在某些特定的轨道上运动．
2．能级：电子在不同轨道上运动时，具有不同的能量，这些分立的能量值被称为原子的能级．
3．跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程．
4．基态与激发态：正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级对应的状态称为基态．当电子受到外界激发时，可从外界吸收能量跃迁到较高的能级上，这些能级对应的状态为激发态．处于激发态的氢原子是不稳定的，会向较低的能级跃迁并以光子形式向外辐射能量．
5．光子的能量
跃迁前后的能级分别是Em、En，则辐射(或吸收)光子的能量为hν＝Em－En.
判断下列说法的正误．
(1)卢瑟福发现了电子并提出了原子的核式结构模型．( × )
(2)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动．( √ )
(3)氢原子的光谱是连续的．( × )
(4)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．( √ )
(5)电子从较高的能级向较低的能级跃迁时，会放出任意频率的光子．( × )
一、原子的核式结构
1．J·J·汤姆孙发现了电子，打破了传统“原子不可分”的观念．
2．α粒子散射实验现象的分析
(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
(2)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．汤姆孙的原子结构模型不能解释α粒子的大角度散射．
(3)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内．
3．卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕原子核旋转．
(多选)如图1所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置，下列关于该实验的描述正确的是( )
图1
A．α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成
B．该实验揭示了原子具有核式结构
C．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转
D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
答案 AB
解析 为了避免其他原子的影响，α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，故A正确；α粒子的散射实验说明原子中绝大部分是空的，揭示了原子具有核式结构，故B正确；α粒子的散射实验观测到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，故C错误；通过该实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，同时否定了汤姆孙原子模型，故D错误．
(多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容( )
A．原子中心有一个很小的核
B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
答案 ABD
解析 卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，带负电的电子在核外空间绕原子核旋转．
二、氢原子光谱
导学探究
如图2所示为氢原子的光谱．
图2
仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
答案 氢原子光谱是分立的，不连续的．
知识深化
1．氢原子光谱是分立的，这用经典物理学观点无法解释清楚，从而为将量子化引入原子结构奠定了基础．
2．不同的原子发光产生的光谱不同．每一种原子都对应着自己的特征谱线．
对原子光谱，下列说法中不正确的是( )
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素
答案 B
解析 原子光谱为线状谱，不连续，A对；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D对．
三、原子的能级结构
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．
(2)氢原子的电子轨道最小半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数．
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．
(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.
(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动．
氢原子各能级的关系为：En＝eq \f(1,n2)E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)
3．跃迁
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，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级Emeq \(,\s\up7(发射光子hν＝Em－En),\s\d5(吸收光子hν＝Em－En))低能级En.
命题角度1 对玻尔理论的理解
(多选)按照玻尔理论，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(m>n)
D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，可能辐射能量，也可能吸收能量
答案 BC
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，氢原子的能量越大，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，应辐射能量，D错误．
命题角度2 氢原子的能量和能量变化
(多选)(2020·石城中学高二月考)氢原子的核外电子由一个轨道向另一个轨道跃迁时，可能发生的情况是( )
A．原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．原子放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小
C．原子吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
D．原子放出光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量减小
答案 CD
解析 原子吸收光子时，电子的轨道半径增大，库仑力做负功，电子动能减小，原子的电势能增大，根据玻尔理论得知，原子的能量增大，故C正确，A错误；原子放出光子时，电子的轨道半径减小，库仑力做正功，电子动能增大，原子的电势能减小，根据玻尔理论得知，原子的能量减小，故D正确，B错误．
原子的能量及变化规律
1．原子的能量：En＝Ekn＋Epn.
2．电子绕氢原子核运动时：keq \f(e2,r\\al(n 2))＝meq \f(v\\al(n 2),rn)，
故Ekn＝eq \f(1,2)mvn2＝eq \f(ke2,2rn)
电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小．
3．当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小．
4．电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道．即电子轨道半径越大，原子的能量En越大．
考点一 原子的核式结构
1．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的基本粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
答案 BCD
解析 发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子具有一定的结构，但并没有证明原子核的存在，也不能说明原子是由电子和原子核组成的，故A错误，B正确；电子是人类发现的第一种基本粒子，故C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，从而比较好地解释了物体的带电现象，故D正确．
2．(多选)卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是( )
A．解释α粒子散射实验现象
B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
答案 AB
解析 α粒子散射实验现象与汤姆孙的枣糕模型相矛盾，卢瑟福的原子核式结构模型合理解释了该实验现象，并通过实验数据估算出了原子核的半径的数量级为10－15～10－14 m，A、B正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子是由原子核和核外电子组成的，但不能说明原子核内存在质子，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误．
3.(2020·临泽一中高二期中)如图1所示为卢瑟福α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α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是( )
图1
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
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
答案 C
解析 α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏转，所以A处观察到的屏上的闪光次数多，B处观察到的屏上的闪光次数少，所以选项A、B错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确．
4．(多选)关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是( )
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大角度的偏转，极少数偏转角度超过90°，有的甚至被弹回
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的引力使之发生明显偏转
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及几乎全部质量
答案 ACD
解析 α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至几乎被反弹回来)，故A正确；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，故B错误；绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分及几乎全部质量，且带有原子的全部正电，故C、D正确．
考点二 原子的能级结构
5．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( )
A．原子处于称为定态的能量状态时，电子在轨道上绕核转动，但并不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
答案 ABC
6．根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )
A．当氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为hν＝En
B．电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发射光子的频率也是ν
C．一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一个半径为rb的轨道，已知ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子
D．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁
答案 C
解析 氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不同，故A错误；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错误；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误．
7．(2020·东北师大附中高二月考)根据玻尔的氢原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后( )
A．氢原子所在的能级下降
B．氢原子的电势能增加
C．电子绕核运动的半径减小
D．电子绕核运动的动能增大
答案 B
解析 根据玻尔的氢原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后，氢原子的能级升高，半径增大，A、C错误；电子与原子核间的距离增大，库仑力做负功，电势能增加，B正确；电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，由eq \f(ke2,r2)＝eq \f(mv2,r)，可得Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,2r)，半径增大，动能减小，故D错误．
8.(2020·阿勒泰市高二期末)如图2所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，氢原子受激发能跃迁到n＝3的激发态，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
图2
A．13.6 eV
B．12.09 eV
C．10.2 eV
D．3.4 eV
答案 B
解析 从基态跃迁到第3能级，则吸收的光子能量为ΔE＝－1.51－(－13.6 eV)＝12.09 eV，故B正确，A、B、C错误．
9．(2020·襄阳市第一中学高二月考)如图为卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是( )
答案 B
解析 α粒子在靠近金原子核时，离金原子核越近，所受库仑斥力越大，偏转角度越大，且粒子做曲线运动，合外力指向凹的一侧，根据这些特点可以判断出，B正确，A、C、D错误．
10．如图3为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )
图3
A．从n＝4能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出电磁波的波长短
B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出的电磁波的速度大
C．若要从低能级跃迁到高能级，必须吸收光子
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
答案 A
解析 氢原子跃迁时辐射出电磁波，hν＝eq \f(hc,λ)＝Em－En＝ΔE，可见λ和ΔE成反比，由能级图可得从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，ΔE1＝0.66 eV，从n＝4能级跃迁n＝2能级时，ΔE2＝2.55 eV，所以A正确；电磁波的速度都等于光速，B错误；若有电子去碰撞氢原子，入射电子的动能可全部或部分被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于氢原子两个能级之间的能量差，也可使氢原子由低能级向高能级跃迁，C错误；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外放出能量，而非氢原子核，D错误．
11．大量氢原子处于不同激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV，跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________ eV(基态能量为－13.6 eV)．
答案 2 －1.51
解析 大量氢原子跃迁发出三种不同能量的光子，跃迁情况可能为n＝3的激发态到n＝2的激发态或直接到n＝1的基态，也可能是n＝2的激发态到n＝1的基态，所以跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，最高能级的能量值满足E＝－13.6 eV＋12.09 eV，即E为－1.51 eV.
12．氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV，氢原子各能级的关系为En＝eq \f(E1,n2)(n＝1,2，3…)．今有一群处于n＝4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同的光子？其中光子最小的能量是多少？
答案 6种 0.66 eV
解析 一群处于n＝4激发态的氢原子自发地向低能级跃迁，可发生的跃迁为
n＝4→n＝3
n＝4→n＝2
n＝4→n＝1
n＝3→n＝2
n＝3→n＝1
n＝2→n＝1
共辐射六种不同频率的光子
其中由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出的光子的能量最小，则Emin＝E4－E3≈0.66 eV.
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