2019年高中物理第2章章末小结与测评学案鲁科版 7页

章末小结与测评卢瑟福原子核式结构α粒子散射实验结果及由此建立的学说1．实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，少数α粒子有较大的偏转，极少数α粒子的偏转角超过90°，有的甚至被原路弹回，偏转角达到180°。2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转。3．该部分主要考查核式结构理论的建立过程，电子绕原子核转动中有关能量、加速度等问题。1．[多选]关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是(　　)nA．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大解析：选BC　在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数发生大角度偏转，说明受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α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α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错。玻尔理论与能级跃迁1.轨道半径与能级公式rn＝n2r1，En＝，其中n＝1,2,3，…为轨道量子数，r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6eV。2．原子的能级跃迁和电离(1)跃迁：跃迁是原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，即不能脱离原子核的束缚，所以在跃迁的过程中，原子放出或吸收的能量必须是量子化的。如当电子从m轨道跃迁到n轨道时，其能量变化必须是ΔE＝－，当m＞n时，ΔE＜0，原子要放出能量；当m＜n时，ΔE＞0，原子要吸收能量。(2)电离：电离是将原子的电子变成自由电子，只要电离能大于一定值就可以，没有量子化要求，若有多余的能量，则以电子动能的形式存在。如将在m轨道的电子电离出来，原子吸收的能量ΔE＞0－就可以了。3．辐射光子的种类或光谱线条数N＝Cn2＝4．氢原子的能量及其变化(1)En＝Ekn＋Epn，其中En、Ekn、Epn分别为原子能量(级)、电子动能、原子势能。(2)Epn＝－。n(3)Ekn＝＝。(4)En＝－Ekn＝－。当原子由低能级向高能级跃迁时，En增大，Ep增大，Ek减小。反之，则亦反之。2．处于n＝3的氢原子能够自发地向低能级跃迁，(1)跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化？(2)可能辐射的光子波长是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)解析：(1)由于电子从外轨道进入内轨道，半径变小，由于＝，则Ek＝mv2＝，由此可知动能增大；在此过程中，原子向外辐射光子，因此原子能量减少。(2)原子的可能跃迁及相应波长①从n＝3到n＝2而E3＝－1.51eV　E2＝－3.4eV由hν＝h＝Em－En得λ1＝＝m＝6.58×10－7m。②从n＝3到n＝1而E1＝－13.60eVλ2＝＝m＝1.03×10－7m。③从n＝2到n＝1则λ3＝＝m＝1.22×10－7m。答案：(1)电子动能增大，原子能量减少(2)6.58×10－7m　1.03×10－7m　1.22×10－7mn(时间：60分钟　满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分)1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在(　　)A．电子　　　　　　　　B．中子C．质子D．原子核解析：选D　卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项D正确。2．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动；下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　)解析：选C　金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对α粒子的斥力作用，及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错、C对。3．氢原子从n＝4的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，发出蓝色光，则当氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，可能发出的光是(　　)A．红外线B．红光C．紫光D．γ射线解析：选C　氢原子从n＝4、5的能级向n＝2的能级跃迁时辐射的光为可见光，且辐射光子的能量满足hν＝Em－En，能级差越大，光频率越高，而紫色光的频率高于蓝色光的频率，综上所述，选项C正确。4．一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中(　　)A．原子发出一系列频率的光子B．原子要吸收一系列频率的光子C．原子要吸收某一频率的光子D．原子要辐射某一频率的光子解析：选D　电子的轨道半径减小，电子从高能级直接跃迁到低能级，只能放出具有对应该能量差的频率的光子，故D正确。5.如图所示为氢原子的能级图，用光子能量为13.06neV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有(　　)A．15种　　　　　　B．10种C．4种D．1种解析：选B　处于基态的氢原子吸收入射光子的能量后由低能级向高能级跃迁，处于不稳定状态，然后由高能级向低能级跃迁，根据题意，hν＝E5－E1＝13.06eV，故可能发射C52＝10种光。6．[多选]玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有(　　)A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量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解析：选ABC　A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”概念，原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。电子跃迁辐射的能量为hν＝Em－En，与电子绕核做的圆周运动无关。故D错。7.[多选]设氢原子由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出能量为E、频率为ν的光子。则氢原子(　　)A．跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B．由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时放出光子的能量大于EC．由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于ED．由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的频率大于ν解析：选BC　原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A错；由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时，放出的能量比由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时要大，所以放出光子的能量大于E，B项正确；由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出的能量E，C项正确；由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于ν，D项错。8.[多选]氢原子能级如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是(　　)A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析：选CD　根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到nn＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确。二、非选择题(共4小题，共52分)9．(12分)氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1为基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，求的值。解析：根据En＝及hν＝Em－En可得hν1＝－，hν2＝－E1，两式联立解得＝。答案：10．(12分)已知氢原子量子数为n的能级值为En＝eV，试计算处于基态的氢原子吸收频率为多少的光子，电子可以跃迁到n＝2轨道上？解析：氢原子基态时的能量E1＝eV＝－13.6eV，氢原子在n＝2能级的能量E2＝eV＝－3.4eV。氢原子由基态跃迁到n＝2能级需要的能量ΔE＝E2－E1＝[－3.4－(－13.6)]eV＝10.2eV＝1.632×10－18J根据玻尔理论hν＝ΔE得ν＝＝Hz≈2.46×1015Hz。答案：2.46×1015Hz11.(14分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有13.60neV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级如图所示)解析：设运动氢原子的速度为v0，发生完全非弹性碰撞后两者的合速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收。若ΔE＝10.2eV，则基态氢原子可由n＝1能级跃迁到n＝2能级，由动量守恒和能量守恒得mv0＝2mv①mv02＝mv2×2＋ΔE②mv02＝13.60eV③由①②③得ΔE＝6.8eV＜10.2eV，所以不能使基态氢原子发生跃迁。答案：不能12.(14分)已知基态氢原子的电子的轨道半径r1＝0.528×10－10m，根据玻尔假设，电子绕核的可能轨道半径是rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)。电子在不同轨道上对应的能级如图所示。(1)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，在图上用箭头标出这些氢原子能发出哪几条光谱线？其中有几条属于巴尔末线系？(2)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。(已知静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2，h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C)解析：(1)可能发出3条光谱线，如图：从3→2跃迁发出的光子属于巴尔末线系，故只有1条。(2)原子由n＝3的激发态向基态跃迁发出的光子的波长最短。由h·＝E3－E1得λ＝＝m＝1.03×10－7m。答案：(1)3条　图见解析　1条　(2)1.03×10－7m