乾貨!高中物理知識,原子物理

2020-12-11 高中物理知識

.原子的核式結構

(1)1909~1911年,英國物理學家盧瑟福 進行了α粒子散射實驗,提出了核式結構模型。

核式結構模型:原子中心有一個很小的核,叫做原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核裡,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。

(2)α粒子散射實驗:

②實驗結果:α粒子穿過金箔後,絕大多數沿原方向前進,少數發生較大角度偏轉,極少數偏轉角度大於90°,甚至被彈回。

絕大多數α粒子穿過金箔後基本上仍沿原來的方向前進,說明原子內部大多數地方是空的,原子的正電荷和質量應該集中於一個很小的核,而不是分散的「棗糕式」。

氫原子光譜

原子光譜,是由原子中的電子在能量變化時所發射或吸收的一系列波長的光所組成的光譜。原子吸收光源中部分波長的光形成吸收光譜,為暗淡條紋;發射光子時則形成發射光譜,為明亮彩色條紋。兩種光譜都不是連續的,且吸收光譜條紋可與發射光譜一一對應。

每一種原子的光譜都不同,遂稱為特徵光譜

玻爾模型

(1)玻爾理論

①軌道假設:原子中的電子在庫侖引力的作用下,繞原子核做圓周運動,電子繞核運動的可能軌道是不連續的。

②定態假設:電子在不同的軌道上運動時,原子處於不同的狀態,因而具有不同的能量,即原子的能量是不連續的。這些具有確定能量的穩定狀態稱為定態,在各個定態中,原子是穩定的,不向外輻射能量。

③躍遷假設:原子從一個能量狀態向另一個能量狀態躍遷時要放出或吸收一定頻率的光子,光子的能量等於兩個狀態的能量差,即

(2)幾個概念:

①能級:在玻爾理論中,原子各個狀態的能量值。

②基態:原子能量 最低的狀態。

③激發態:在原子能量狀態中除基態之外的其他較高的狀態。

④量子數:原子的狀態是不連續的,用於表示原子狀態的正整數

(3)能級躍遷

原子在兩個能級間躍遷時輻射或吸收光子的能量hν=Em-En

從高能級向低能級躍遷時放出光子;從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子,也可能是由於碰撞(用加熱的方法,使分子熱運動加劇,分子間的相互碰撞可以傳遞能量)。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子;而從某一能級到被電離可以吸收能量大於或等於電離能的任何頻率的光子。(如在基態,可以吸收E ≥13.6eV的任何光子,所吸收的能量除用於電離外,都轉化為電離出去的電子的動能)。

①能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態——定態。

②橫線左端的數字「1,2,3…」表示量子數,右端的數字「-13.6,-3.4…」表示氫原子的能級。

③相鄰橫線間的距離不相等,表示相鄰的能級差不等,量子數越大,相鄰的能級差越小。

④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷,原子躍遷條件為:hν=Em-En。

關於能級躍遷的補充說明:

(1)當光子能量大於或等於13.6eV時,也可以被處於基態的氫原子吸收,使氫原子電離;當處於基態的氫原子吸收的光子能量大於13.6eV,氫原子電離後,電子具有一定的初動能。

(2)當軌道半徑減小時,庫侖引力做正功,原子的電勢能減小,電子動能增大,原子能量減小。反之,軌道半徑增大時,原子電勢能增大、電子動能減小,原子能量增大。

(3)一群氫原子處於量子數為n的激發態時,可能輻射出的光譜線條數。

例題講解

例題1:(2013·福建高考)在盧瑟福α粒子散射實驗中,金箔中的原子核可以看作靜止不動,下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經歷金箔散射過程的徑跡,其中正確的是________。

解析:α粒子與原子核相互排斥,A、D錯;運動軌跡與原子核越近,力越大,運動方向變化越明顯,B錯,C對。 選C

[例題2]雙選(2014·連雲港摸底)如圖所示為氫原子的能級圖。現有大量處於n=3激發態的氫原子向低能級躍遷。下列說法正確的是________。

A.這些氫原子總共可輻射出三種不同頻率的光

B.氫原子由n=3躍遷到n=2產生的光頻率最大

C.這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為10.2eV

D.氫原子由n=3躍遷到n=1產生的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發生光電效應

[解析]大量處於n=3激發態的氫原子向低能級躍遷,總共可輻射出三種不同頻率的光,氫原子由n=3躍遷到n=2產生的光頻率最小,選項A正確B錯誤;當從n=3能級躍遷到n=1能級時輻射出光子能量最大,這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為(-1.51 eV)-(-13.6 eV)=12.09 eV,選項C錯誤;氫原子由n=3躍遷到n=1產生的光,光子能量為12.09 eV,照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發生光電效應,選項D正確。 參考答案:AD

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