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第1节　原子结构模型
第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子结构模型(基础课)
素养 目标 1．通过了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，体会科学家在科学探究中的艰辛和丰功伟绩。 2．知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续)，电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。
旧知 回顾 1．组成物质的微粒主要有分子、原子、离子； 2．构成原子的微粒有质子、中子和电子； 3．一般情况下，构成原子核的微粒有质子和中子； 4．原子中带正电的微粒是质子，带负电的微粒是电子； 5．焰色试验(焰色反应) (1)概念：多种金属或其化合物在灼烧时能使火焰呈现特殊的颜色。 (2)常见金属元素的焰色 金属元素NaKCaBaCu焰色黄浅紫砖红黄绿蓝绿
(3)用途：焰色试验可以判断某种元素的存在、制造焰火等。
1．原子结构模型的发展历程
——道尔顿原子论
｜
——汤姆孙“葡萄干布丁”模型
｜
——卢瑟福核式模型
｜
——玻尔原子结构排布模型
｜ 　
——量子力学模型
2．光谱和氢原子光谱
(1)光谱
①概念：利用原子光谱仪将物质吸收的光或发射的光的频率(或波长)和强度分布记录下来的谱线。
②形成原因：电子在不同轨道间跃迁时，会辐射或吸收能量。
(2)氢原子光谱：属于线状光谱。
　氢原子核外只有1个电子，氢原子光谱是否只有1条谱线？
提示：否。氢原子电子跃迁到不同原子轨道时产生不同的光谱谱线。
3．玻尔原子结构模型
(1)基本观点
运动轨迹 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量
能量分布 在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的。轨道能量随n(量子数)值(1、2、3、…)的增大而升高 对氢原子而言，电子处在n＝1的轨道时能量最低，称为_基态；能量高于基态能量的状态，称为激发态
电子跃迁 电子在能量不同的轨道之间跃迁时，辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录时，就形成了光谱
(2)贡献
①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。
②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，指出了电子所处的轨道的能量是量子化的。
　如图是氢原子的两个光谱，分别是发射光谱和吸收光谱。两者有什么共同点？
提示：氢原子光谱是线状的，且是不连续的。
原子的能量状态与光谱的关系
氢原子光谱：
实验表明：氢原子在一般情况下并不辐射能量；氢原子光谱不是连续光谱，而是线状光谱。
1．电子跃迁是不是仅指电子由基态跃迁至激发态？
提示：不是。电子在不同轨道中的跃迁均属于电子跃迁，可由高能量的轨道跃迁至低能量的轨道，也可以由低能量的轨道跃迁至高能量的轨道。
2．氢原子光谱为什么是线状光谱？
提示：在不同轨道上运动的电子能量不同，且能量值是不连续的，氢原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，吸收或辐射一定的能量，就会吸收或发射具有一定频率的光，并被原子光谱仪记录下来，得到线状光谱。
1．基态、激发态与原子光谱
(1)原子光谱：不同元素原子中的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用原子光谱仪摄取各种元素原子的电子的吸收光谱或发射光谱。
(2)基态、激发态与原子光谱的关系
2．玻尔的原子结构模型
(1)原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁；
(2)电子所处的轨道的能量是量子化的；
(3)电子跃迁吸收(或辐射)的能量也是量子化的。
1．下列图片中所发生的现象与电子跃迁无关的是(　　)
A．燃放烟花　　 　B．霓虹灯广告
　
C．燃烧蜡烛　　　　　D．平面镜成像
D　[平面镜成像为物理学原理中的光学现象，与电子跃迁无关。]
2．下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中，正确的是(　　)
A．基态时的能量比激发态时高
B．激发态时比较稳定
C．由基态转化为激发态过程中吸收能量
D．电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
C　[处于最低能量状态的原子叫作基态原子，基态时的能量比激发态时低，A错误；基态时的能量低、稳定，激发态时能量高、不稳定，B错误；基态转化为激发态是由低能量状态转成高能量状态，转化过程中要吸收能量，C正确；电子由基态跃迁到激发态需要吸收能量，从由激发态跃迁到基态需辐射能量，电子由激发态跃迁到基态时会产生原子发射光谱，电子由基态跃迁到激发态时会产生吸收光谱，D错误。]
3．(双选)下列说法中正确的是(　　)
A．钠的焰色试验呈现黄色，是电子由激发态跃迁到基态时吸收能量产生的
B．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱
C．原子的吸收光谱是线状的而不是连续的，主要原因是原子轨道的能量是量子化的
D．1913年，玻尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有相同的能量，能量值是连续的
BC　[A．钠的焰色试验是电子由激发态跃迁到基态时辐射能量产生的，A错误；玻尔提出的观点中只引入一个量子数n，解释氢原子光谱是线状光谱，B正确；C．原子轨道之间的能量变化是不连续的，是量子化的，从而造成原子的线状吸收光谱，故C正确；D．1913年，玻尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，能量值是不连续的，故D错误。]
[教材　追根寻源]
当氢原子的一个电子从第二能级跃迁到第一能级时，发射出光的波长是121.6 nm；当电子从第三能级跃迁到第二能级时，发射出光的波长是656.3 nm。已知h为6.626×10-34J·s，C为2.998×108m·s-1。试回答：
(1)哪一种光子的能量大？说明理由。
(2)求氢原子中电子的第三和第二能级的能量差及第二和第一能级的能量差。说明原子中的能量是否连续。
[解析]　(1)由公式E＝hν得E＝，λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。
(2)由公式ΔE＝，可得(代入题中数据)ΔE2→1≈1.63×10-18 J，ΔE3→2≈3.03×10-19 J。
[答案]　(1)第一种光子的能量大。由公式E＝hν得E＝，λ愈小，E愈大，所以第一种光能量大。
(2)ΔE2→1≈1.63×10-18 J，ΔE3→2≈3.03×10-19 J，
原子中的能量是不连续的。
1．(双选)下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(　　)
A．阴极射线实验发现电子：汤姆孙的“葡萄干布丁”模型
B．α粒子散射实验发现原子核：卢瑟福核式模型
C．氢原子光谱：卢瑟福核式模型
D．α粒子散射实验发现电子：汤姆孙原子结构模型
AB　[A选项，汤姆孙在发现电子的基础上提出了“葡萄干布丁”模型，故A正确；B选项，卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子结构核式模型，故B正确，C错误；D选项，汤姆孙发现电子，提出“葡萄干布丁”模型，故D错误。]
2．如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙的观点的是(　　)
A．①②③　　　　　　　 B．③①②
C．③②① D．②①③
B　[卢瑟福提出了原子结构的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆孙发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型。]
3．最早成功解释了氢原子光谱为线状光谱的原子结构模型是(　　)
A．卢瑟福核式模型
B．玻尔原子结构模型
C．量子力学模型
D．汤姆孙“葡萄干布丁”模型
B　[玻尔的原子结构模型最早成功解释了氢原子光谱是线状光谱。汤姆孙“葡萄干布丁”模型只解释了原子中存在电子的问题。卢瑟福核式模型是根据α粒子散射实验提出来的，解决了原子核的问题(带正电的部分集中在一个核上)。量子力学模型是在量子力学理论的基础上提出的，能解释复杂的原子光谱现象。]
4．下列叙述不正确的是(　　)
A．原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态
B．原子的核外电子吸收能量而高于基态能量的状态称为激发态
C．焰色是电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时产生的
D．原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，辐射的能量可能以光的形式表现出来
C　[基态是电子按构造原理的顺序进入原子核外的轨道，此时整个原子的能量最低，基态原子是处于最低能量状态的原子，A项正确；激发态为基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高的能级，此时原子的能量较基态高，B项正确；焰色是电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时产生的，C项错误；原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，会辐射能量，发光是辐射能量的主要形式之一，D项正确。]
5．回答下列问题：
(1)电子跃迁是如何完成的？ ___________________________________________
_____________________________________________________________________。
是物理变化还是化学变化？ ____________________________________________。
(2)许多金属盐都可以发生焰色试验，请用原子结构的知识解释其原因：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1)电子跃迁是通过吸收能量或辐射能量而完成的　物理变化
(2)金属原子吸收能量从基态跃迁到激发态后，电子从高能级轨道跃迁回低能级轨道时，将能量以光的形式辐射出来
课时分层作业(一)　氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．1913年，丹麦科学家玻尔第一次认识到氢原子光谱是氢原子的电子跃迁产生的。玻尔的原子结构模型，一个很大的成就是(　　)
A．证明了原子核外电子在圆形轨道上运动
B．提出了原子核是可以进一步细分的
C．解释了氢原子光谱
D．应用了量子力学理论中的概念和方法
D　[玻尔把量子论用于原子，与卢瑟福的核式模型结合起来，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的原因，为后来人们用更多的量子数来标记核外电子的运动状态，来解释复杂的原子光谱提供了可以借鉴的方法。所以D说法正确。]
2．电子能量量子化的最好证明是(　　)
A．线状光谱 B．连续光谱
C．α粒子散射实验 D．电子脱离原子
A　[玻尔为了解释氢原子的线状光谱而提出的原子结构模型指出，电子在确定的轨道上运动，不吸收或辐射能量，只有跃迁时才吸收或辐射能量，这是电子能量量子化的最好证明。]
3．元素Na的焰色试验呈黄色，从能量变化的角度其光谱类型属于(　　)
A．发射光谱 B．吸收光谱
C．连续光谱 D．线状光谱
A　[元素Na的焰色试验过程中核外电子发生了从低能级向高能级的跃迁，然后电子再从高能级跃迁到低能级，此过程辐射能量，辐射的能量以光的形式表现出来，所以属于发射光谱。]
4．(1)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因： _________________________
_____________________________________________________________________。
(2)根据原子光谱谱线分析结果，可以得到的认识是原子轨道能量变化是不连续的，这种情况又称为原子的能量是________化的。
[答案]　(1)燃烧时，电子获得能量，从低能级向高能级跃迁，跃迁到高能级的电子处于一种不稳定的状态，它随即就会回到原来的轨道，并向外界以光的形式辐射能量　(2)量子
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
5．下列叙述不正确的是(　　)
A．原子模型是玻尔提出的
B．卢瑟福核式模型可以准确地描述电子运动状态
C．原子半径、核电荷数、核外电子排布共同决定了元素的性质
D．无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
BD　[A．玻尔在卢瑟福核式模型基础上，提出了核外电子分层排布的原子结构模型，A正确；B．卢瑟福核式模型验证了原子中存在原子核，但并未准确说明核外电子运动状态，B错误；C．原子半径、核电荷数、核外电子排布共同决定了元素性质，C正确；D．同一种原子处于激发态时的能量一定高于处于基态时的能量，若原子种类不同，则不一定如此，所以D错误。]
6．下列对焰色试验的描述正确的是(　　)
A．焰色试验是单质的性质
B．焰色试验是物理变化
C．焰色试验是金属原子失去电子时吸收能量产生的现象
D．焰色试验是金属原子或离子中的电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将能量以光的形式辐射出来的现象
BD　[焰色试验是金属原子或离子中的电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将能量以光的形式辐射出来的现象，变化过程中并没有新物质生成，是物理变化，而不是化学变化，B、D项符合题意。]
7．1803年，英国化学家道尔顿提出了原子论，他认为一切物质都是由原子构成的，这些原子是微小的不可分割的实心球体。1911年，英国物理学家卢瑟福用一束平行高速运动的α粒子(α粒子是带正电荷的氦原子核)轰击金箔时(金原子的核电荷数为79，相对原子质量为197)，实验模拟图如图所示：
(1)有一小部分α粒子改变了原来的运动路径，原因是_____________________
_____________________________________________________________________。
(2)大多数α粒子不改变原来的运动方向，原因是_________________________
_____________________________________________________________________。
(3)极少数α粒子被弹了回来，原因是___________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)按现在对原子、分子的认识，你认为道尔顿提出的近代原子学说中不确切的地方，请用“——”划出，并在下方加以改正(可自行添加)。
①___________________________________________________________________；
②___________________________________________________________________。
(5)金原子的核外电子数为_____________________，中子数为________。
[解析]　分析实验结果α粒子带正电，大部分能穿透金箔，且不改变原来的方向，说明原子中大部分是空的；小部分改变运动方向，说明受到一个质量大、带正电荷且电荷数大的微粒(即质量和电荷集中的部分)的作用，极小部分被弹回也说明α粒子正好碰上了这种比原子小得多的微粒——原子核。
[答案]　(1)α粒子途经金原子核附近时，受到原子核的斥力而改变了原来的运动方向
(2)α粒子通过原子内的空隙
(3)α粒子撞击了金原子核而被弹回(或α粒子撞击了带正电荷、质量大、体积小的金原子核而被弹回)
(4)①　②
(5)79　118
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第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
(基础课)
第1章　原子结构与元素性质
第1节　原子结构模型
素养目标 1．通过了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，体会科学家在科学探究中的艰辛和丰功伟绩。
2．知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续)，电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。
旧知
回顾 1．组成物质的微粒主要有分子、原子、离子；
2．构成原子的微粒有质子、中子和电子；
3．一般情况下，构成原子核的微粒有质子和中子；
4．原子中带正电的微粒是质子，带负电的微粒是电子；
5．焰色试验(焰色反应)
(1)概念：多种金属或其化合物在灼烧时能使火焰呈现特殊的颜色。
旧知
回顾 (2)常见金属元素的焰色
(3)用途：焰色试验可以判断某种元素的存在、制造焰火等。
金属元素 Na K Ca Ba Cu
焰色 黄 浅紫 砖红 黄绿 蓝绿
必备知识 自主预习
道尔顿

核式
原子结构
量子力学
2．光谱和氢原子光谱
(1)光谱
①概念：利用原子光谱仪将物质____的光或____的光的频率(或波长)和强度分布记录下来的谱线。
②形成原因：电子在不同轨道间____时，会辐射或吸收能量。
(2)氢原子光谱：属于____光谱。
吸收
发射
跃迁
线状
想一想　氢原子核外只有1个电子，氢原子光谱是否只有1条谱线？
提示：否。氢原子电子跃迁到不同原子轨道时产生不同的光谱谱线。
3．玻尔原子结构模型
(1)基本观点
运动轨迹 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕______运动，并且不辐射能量
能量分布 在不同轨道上运动的电子具有____的能量，而且能量是______的。轨道能量随n(量子数)值(1、2、3、…)的增大而____
对氢原子而言，电子处在n＝1的轨道时能量最低，称为_____；能量高于基态能量的状态，称为______
电子跃迁 电子在能量不同的轨道之间跃迁时，辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录时，就形成了____
原子核
不同
量子化
升高
基态
激发态
光谱
(2)贡献
①成功地解释了氢原子光谱是________的实验事实。
②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，指出了电子所处的轨道的能量是量子化的。
线状光谱
想一想　如图是氢原子的两个光谱，分别是发射光谱和吸收光谱。两者有什么共同点？
提示：氢原子光谱是线状的，且是不连续的。
关键能力 情境探究
[情境探究]
氢原子光谱：
原子的能量状态与光谱的关系
实验表明：氢原子在一般情况下并不辐射能量；氢原子光谱不是连续光谱，而是线状光谱。
1．电子跃迁是不是仅指电子由基态跃迁至激发态？
提示：不是。电子在不同轨道中的跃迁均属于电子跃迁，可由高能量的轨道跃迁至低能量的轨道，也可以由低能量的轨道跃迁至高能量的轨道。
2．氢原子光谱为什么是线状光谱？
提示：在不同轨道上运动的电子能量不同，且能量值是不连续的，氢原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，吸收或辐射一定的能量，就会吸收或发射具有一定频率的光，并被原子光谱仪记录下来，得到线状光谱。
[归纳总结]
1．基态、激发态与原子光谱
(1)原子光谱：不同元素原子中的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用原子光谱仪摄取各种元素原子的电子的吸收光谱或发射光谱。
(2)基态、激发态与原子光谱的关系
2．玻尔的原子结构模型
(1)原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁；
(2)电子所处的轨道的能量是量子化的；
(3)电子跃迁吸收(或辐射)的能量也是量子化的。
[能力达成]
1．下列图片中所发生的现象与电子跃迁无关的是(　　)
A．燃放烟花　　 B．霓虹灯广告
C．燃烧蜡烛　 D．平面镜成像
D　[平面镜成像为物理学原理中的光学现象，与电子跃迁无关。]
√
2．下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中，正确的是(　　)
A．基态时的能量比激发态时高
B．激发态时比较稳定
C．由基态转化为激发态过程中吸收能量
D．电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
√
C　[处于最低能量状态的原子叫作基态原子，基态时的能量比激发态时低，A错误；基态时的能量低、稳定，激发态时能量高、不稳定，B错误；基态转化为激发态是由低能量状态转成高能量状态，转化过程中要吸收能量，C正确；电子由基态跃迁到激发态需要吸收能量，从由激发态跃迁到基态需辐射能量，电子由激发态跃迁到基态时会产生原子发射光谱，电子由基态跃迁到激发态时会产生吸收光谱，D错误。]
3．(双选)下列说法中正确的是(　　)
A．钠的焰色试验呈现黄色，是电子由激发态跃迁到基态时吸收能量产生的
B．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱
C．原子的吸收光谱是线状的而不是连续的，主要原因是原子轨道的能量是量子化的
D．1913年，玻尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有相同的能量，能量值是连续的
√
√
BC　[A．钠的焰色试验是电子由激发态跃迁到基态时辐射能量产生的，A错误；玻尔提出的观点中只引入一个量子数n，解释氢原子光谱是线状光谱，B正确；C．原子轨道之间的能量变化是不连续的，是量子化的，从而造成原子的线状吸收光谱，故C正确；D．1913年，玻尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，能量值是不连续的，故D错误。]
[教材链接]
[教材　追根寻源]
当氢原子的一个电子从第二能级跃迁到第一能级时，发射出光的波长是121.6 nm；当电子从第三能级跃迁到第二能级时，发射出光的波长是656.3 nm。已知h为6.626×10-34J·s，C为2.998×108m·s-1。试回答：
(1)哪一种光子的能量大？说明理由。
(2)求氢原子中电子的第三和第二能级的能量差及第二和第一能级的能量差。说明原子中的能量是否连续。
学习效果 随堂评估
1．(双选)下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是
(　　)
A．阴极射线实验发现电子：汤姆孙的“葡萄干布丁”模型
B．α粒子散射实验发现原子核：卢瑟福核式模型
C．氢原子光谱：卢瑟福核式模型
D．α粒子散射实验发现电子：汤姆孙原子结构模型
√
2
4
3
题号
1
5
√
AB　[A选项，汤姆孙在发现电子的基础上提出了“葡萄干布丁”模型，故A正确；B选项，卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子结构核式模型，故B正确，C错误；D选项，汤姆孙发现电子，提出“葡萄干布丁”模型，故D错误。]
2
4
3
题号
1
5
2．如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙的观点的是(　　)
A．①②③ B．③①② C．③②① D．②①③
2
3
题号
1
4
√
5
B　[卢瑟福提出了原子结构的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆孙发现了电子，并提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型。]
3．最早成功解释了氢原子光谱为线状光谱的原子结构模型是
(　　)
A．卢瑟福核式模型
B．玻尔原子结构模型
C．量子力学模型
D．汤姆孙“葡萄干布丁”模型
2
3
题号
4
1
√
5
B　[玻尔的原子结构模型最早成功解释了氢原子光谱是线状光谱。汤姆孙“葡萄干布丁”模型只解释了原子中存在电子的问题。卢瑟福核式模型是根据α粒子散射实验提出来的，解决了原子核的问题(带正电的部分集中在一个核上)。量子力学模型是在量子力学理论的基础上提出的，能解释复杂的原子光谱现象。]
2
3
题号
4
1
5
4．下列叙述不正确的是(　　)
A．原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态
B．原子的核外电子吸收能量而高于基态能量的状态称为激发态
C．焰色是电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时产生的
D．原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，辐射的能量可能以光的形式表现出来
2
4
3
题号
1
5
√
C　[基态是电子按构造原理的顺序进入原子核外的轨道，此时整个原子的能量最低，基态原子是处于最低能量状态的原子，A项正确；激发态为基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高的能级，此时原子的能量较基态高，B项正确；焰色是电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时产生的，C项错误；原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，会辐射能量，发光是辐射能量的主要形式之一，D项正确。]
2
4
3
题号
1
5
5．回答下列问题：
(1)电子跃迁是如何完成的？ _________________________________________________。
是物理变化还是化学变化？ ____________。
2
4
3
题号
1
5
电子跃迁是通过吸收能量或辐射能量
而完成的
物理变化
(2)许多金属盐都可以发生焰色试验，请用原子结构的知识解释其原因：________________________________________________________________________________________________________。
金属原子吸收能量从基态跃迁到激发态后，电子从高能级轨道跃迁回低能级轨道时，将能量以光的形式辐射出来

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