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课时2　原子结构
课时作业
A级·基础巩固练
命题视角1　阴极射线与α粒子相关实验分析,掌握原子核式结构特点
1.在α粒子散射实验中,有少数α粒子发生了大角度的偏转,其原因是(　　)
A.原子中存在带负电的电子
B.正电荷在原子内是均匀分布的
C.原子只能处在一系列不连续的能量状态中
D.占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围
解析:D　带负电的电子质量很小,不是影响α粒子发生大角度偏转的原由,故A错误;原子中的原子核很小,核外很“空旷”, 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核,这才是影响α粒子发生大角度偏转的根本原因,故B错误,D正确;少数α粒子发生大角度的偏转与原子处在一系列不连续的能量状态中没有关系,故C错误。
2.1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的α粒子散射实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞
B.绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的
C.极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核
D.α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,电势能最大
解析:A　少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金箔原子核的斥力作用较大,而非与电子发生了碰撞,A错误,符合题意;绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的,B正确,不符合题意;极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核,C正确,不符合题意;α粒子散射实验中,当α粒子接近原子核时,受到静电斥力作用,则静电力对α粒子做负功,电势能增大,因此当α粒子最接近原子核时,电势能最大,D正确,不符合题意。
命题视角2　了解氢原子光谱与玻尔理论,掌握氢原子能量与能级跃迁
3.大量处于n=4激发态的氢原子,当它们自发地跃迁到较低能级时,下列说法正确的是(　　)
A.氢原子跃迁时可以发出连续光谱
B.由n=4能级跃迁到n=3能级时发出光子的波长最长
C.这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子
D.核外电子轨道半径减小,动能增加,电势能减小,总能量不变
解析:B　氢原子跃迁时发出特定频率的光子,形成线状光谱,而非连续光谱,故A错误;由n=4跃迁到n=3时能级差最小,光子能量最小,根据ε=hν=h,可知波长最长,故B正确;大量处于n=4的氢原子跃迁时,根据=6可知最多可产生6种不同频率的光子,故C错误;跃迁到低能级时,轨道半径减小,动能增大,电势能减小,但总能量减少(能级降低),故D错误。
4.大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。氢原子的能级示意图如图所示,已知金属钾的逸出功为2.25 eV,当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的光能使金属钾发生光电效应的有(　　)
A.4种 B.3种 C.2种 D.1种
解析:C　大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,能够辐射出不同频率的光的种类为=3种,辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,ΔE2=E3-E2=
-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,ΔE3=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,其中ΔE1>2.25 eV,
ΔE2<2.25 eV,ΔE3>2.25 eV,所以辐射的光能使金属钾发生光电效应的有2种。
5.(2025·强基联盟联考)氢原子能级图如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量大于两者能级差
B.原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系
C.赖曼系是原子从较高能级向量子数为3的能级跃迁时发出的光谱线
D.若巴耳末系的光能使某金属发生光电效应,则帕邢系的光也一定能使该金属发生光电效应
解析:B　原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量等于两者能级差,故A错误;由题图可知,原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系,故B正确;赖曼系是原子从较高能级向量子数为1的能级跃迁时发出的光谱线,故C错误;结合玻尔理论可知,帕邢系的光子的能量值小于巴耳末系光子的能量值,所以若巴耳末系的某种光能使一金属发生光电效应,则帕邢系的光不一定能使该金属发生光电效应,故D错误。
6.我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ为氢原子由n=3或n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图甲),图乙为氢原子的能级示意图,则(　　)
A.Hα是由n=4能级向n=2能级跃迁产生的
B.用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hβ的条纹间距大
C.Hα的光子动量大于Hβ的光子动量
D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
解析:D　由题图可知,Hα的频率小,对应光子的能量小,是由n=3能级向n=2能级跃迁产生的,故A错误;Hα的频率小,波长大,双缝干涉条纹间距为Δx=λ,所以用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hα的条纹间距大,故B错误;光子动量为p=,因Hα的波长大于Hβ的波长,故Hα的光子动量小于Hβ的光子动量,故C错误;氢原子从基态跃迁到激发态需要能量E=
-3.4 eV-(-13.6) eV=10.2 eV,Hβ对应的光子能量Eβ=E4-E2=-0.85 eV-(-3.4) eV=2.55 eV<
10.2 eV,不能使氢原子从基态跃迁到激发态,故D正确。
B级·高考过关练
7.(2025·金丽衢二模)(多选)原子钟对提升导航定位、深空探测、电力系统授时等技术具有重要意义,某原子钟工作原子的四能级体系如图所示。首先,工作原子吸收波长为λ0的光子a,从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ。然后,工作原子自发辐射出波长为λ1的光子,跃迁到“钟跃迁”的上能级2,并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级1,辐射出波长为λ2的光子,实现受激辐射,发出钟激光。最后,工作原子从下能级1回到基态,同时辐射出波长为λ3的光子。则(　　)
A.某“振荡器”产生的电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2,则“振荡器”的振荡频率为
B.该原子钟产生的钟激光的波长λ2=λ0-λ1-λ3
C.光子a的动量一定比钟激光的动量大
D.钟激光可以让某金属材料发生光电效应,光子a一定也可以
解析:ACD　当电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2时,说明电磁场的波长等于λ2,由电磁波的波速公式c=λν可知“振荡器”的振荡频率为,故A正确;由能量守恒可以判断ε0=ε1+ε2+
ε3,代入光子能量公式ε=hν和公式c=λν,可得=++,化简可得=--,故B错误;由光子动量公式p=、光子能量公式ε=hν和公式c=λν,可知p=,由题意可知ε0>ε2,所以p0>p2,故C正确;发生光电效应需要入射光频率大于截止频率,光子a的能量大于钟激光的能量,由光子能量公式ε=hν可知,光子a的频率大于钟激光的频率,所以当钟激光可以让某金属材料发生光电效应时,光子a一定也可以,故D正确。
8.(2025·嘉兴一模)如图甲所示,分别用a、b两种可见光照射光电管的K极,得到光电流与光电管两极之间的电压关系如图乙所示,图丙为氢原子的能级图。依据玻尔原子模型理论,若取无穷远处为零电势点,氢原子的电势能可表示为Ep=-k(k为静电力常量,e为元电荷,r为两电荷之间的距离),则(　　)
A.滑动变阻器滑片向右移动时光电流不为零且保持不变
B.处于第2能级时,氢原子电子绕核运动的动能为6.8 eV
C.当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时只有a光照射时才发生光电效应
D.氢原子吸收能量,电子速率增大为绕核速率的倍时,可成为自由电子
解析:D　滑动变阻器滑片向右移动时,光电管反向电压增大,光电流不为零且减小,故A错误;根据库仑力提供向心力有=,则动能为Ek=mv2==-Ep,则处于第2能级时,有Ek+Ep=-3.4 eV,解得Ek=3.4 eV,故B错误;能否发生光电效应与遏止电压大小无关,则当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时b光照射时一定能发生光电效应且会有光电流,而a光照射时无光电流产生,但是仍能发生光电效应,故C错误;根据库仑力提供向心力有=,解得v=,电离时电势能为0,根据能量守恒定律有mv′2-=0,解得v′==v,故D正确。课时2　原子结构
考点一　原子的核式结构
1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。
2.α粒子散射实验
(1)装置:1909～1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验装置如图所示。
带正电,质量为电子的7 300倍
(2)现象:实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。(如图所示)
3.原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。
命题视角　分析α粒子散射实验的现象,理解原子核式结构模型
【典例1】 (容易)卢瑟福α粒子散射实验的实验装置图如图所示,以下说法正确的是(　　)
A.α粒子是质子
B.图中A、B两位置观察到的闪光次数接近
C.实验表明原子核集中了原子几乎全部的质量
D.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
解析:C　α粒子是氦核,故A错误;在α粒子散射实验中,大多数α粒子沿直线穿过金箔,在A位置观察到的闪光次数多,极少数α粒子被反弹回来,在B位置观察到的闪光次数极少,A、B两位置观察到的闪光次数不接近,故B错误;少数α粒子发生大角度的偏转,极少数α粒子甚至被反弹回来,说明原子核集中了原子几乎全部的质量,故C正确;卢瑟福α粒子散射实验否定了汤姆孙原子模型,建立了原子核式结构模型,故D错误。
考点二　玻尔理论与原子的能级结构
1.氢原子光谱
(1)光谱:用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。
(2)光谱分类
(3)光谱分析:每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。
(4)氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式=R∞
(n=3,4,5,…,R∞是里德伯常量,R∞=1.10×107 m-1)。
2.玻尔原子模型的三条假设
定态 假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量
跃迁 假设 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,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=En-Em。(m轨道 假设 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的
3.氢原子的能量和能级跃迁
(1)氢原子的能级图:如图所示。
(2)能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。
命题视角1　掌握氢原子光谱与巴耳末公式,结合其他模块知识综合考查
【典例2】 (中等)(2024·浙江1月选考)氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示,此四条谱线满足巴耳末公式=R∞(-),n=3,4,5,6。用Hδ和Hγ光进行如下实验研究,则(　　)
A.照射同一单缝衍射装置,Hδ光的中央明条纹宽度宽
B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖,Hδ光的侧移量小
C.以相同功率发射的细光束,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多
D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的饱和光电流小
解析:C　根据巴耳末公式可知,Hγ光的波长较长,波长越长,越容易发生明显的衍射现象,故照射同一单缝衍射装置,Hγ光的中央亮条纹宽度宽,故A错误;Hγ光的波长较长,根据f=,可知Hγ光的频率较小,则Hγ光的折射率较小,在平行玻璃砖中的偏折较小,Hγ光的侧移量较小,故B错误;Hγ光的频率较小,Hγ光的光子能量较小,以相同功率发射的细光束,Hγ光的光子数较多,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多,故C正确;若Hδ、Hγ光均能发生光电效应,相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的频率较小,Hγ光的光子能量较小,Hγ光的光子数较多,则Hγ光的饱和光电流大,Hδ光的饱和光电流小,故D错误。
命题视角2　定量计算光子频率与光子种类数,定性分析氢原子能级图
1.两类能级跃迁
(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。
光子的频率ν==。
(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。
吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν=ΔE。
注意:若实物粒子与原子碰撞,使原子受激跃迁,实物粒子能量大于能级的能量差。
2.光谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N==。
3.电离
(1)电离态:n=∞,E=0。
(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如:氢原子从基态→电离态:
E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV。
(3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。
【典例3】 (氢原子能级跃迁·中等)图示为氢原子的能级图,波长为λ的光照射一群处于基态的氢原子后,氢原子只能够辐射出两种可见光P、Q及其他不可见光。可见光P、Q的波长λP<λQ,已知可见光的光子能量在1.62 eV～3.11 eV之间。下列说法正确的是(　　)
A.波长为λ的光子能量为12.75 eV
B.可见光P的光子能量为1.89 eV
C.λ、λP、λQ的关系满足=+
D.发出可见光P、Q的同时,伴随γ射线放出
解析:A　由题意,氢原子受波长为λ的光照射后只能够辐射出两种可见光P、Q及其他不可见光,说明氢原子跃迁到n=4能级,所以波长为λ的光子的能量为Eλ=E4-E1=12.75 eV,由于可见光P、Q的波长λP<λQ,则氢原子从n=4跃迁到n=2发出的是可见光P,且EP=E4-E2=2.55 eV,氢原子从n=3跃迁到n=2发出的是可见光Q,且EQ=E3-E2=1.89 eV,故A正确,B错误。由E=可知,=+不成立,故C错误。由于γ射线的能量大于13.6 eV,因此氢原子跃迁过程不会放出γ射线,故D错误。
【典例4】 (能级跃迁与其他模块知识综合考查·中等)(2025·浙江1月选考)(多选)如图甲所示,三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器,记录电流表与电压表示数,两者关系如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
A.分别射入同一单缝衍射装置时,Q的中央亮纹比R宽
B.P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长,P大于Q
C.氢原子向第一激发态跃迁发光时,三束光中Q对应的能级最高
D.对应于图乙中的M点,单位时间到达阳极A的光电子数目,P多于Q
解析:BC　根据eUc=m=hν-W0,因Q的遏止电压大于R的遏止电压,可知Q的频率大于R的频率,Q的波长小于R的波长,则分别射入同一单缝衍射装置时,R的衍射现象比Q更明显,则Q的中央亮纹比R窄,选项A错误;同理可知P、Q产生的光电子在K处时Q的最大初动能比P大,根据λ==,可知P产生的光电子的最小德布罗意波长大于Q,选项B正确;因Q对应的能量最大,则氢原子向第一激发态跃迁发光时,根据hν=Em-E2,可知三束光中Q对应的能级最高,选项C正确;对应于题图乙中的M点,P和Q的光电流相等,可知P和Q单位时间到达阳极A的光电子数目相等,选项D错误。
课时作业
A级·基础巩固练
命题视角1　阴极射线与α粒子相关实验分析,掌握原子核式结构特点
1.在α粒子散射实验中,有少数α粒子发生了大角度的偏转,其原因是(　　)
A.原子中存在带负电的电子
B.正电荷在原子内是均匀分布的
C.原子只能处在一系列不连续的能量状态中
D.占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围
解析:D　带负电的电子质量很小,不是影响α粒子发生大角度偏转的原由,故A错误;原子中的原子核很小,核外很“空旷”, 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核,这才是影响α粒子发生大角度偏转的根本原因,故B错误,D正确;少数α粒子发生大角度的偏转与原子处在一系列不连续的能量状态中没有关系,故C错误。
2.1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的α粒子散射实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞
B.绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的
C.极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核
D.α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,电势能最大
解析:A　少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金箔原子核的斥力作用较大,而非与电子发生了碰撞,A错误,符合题意;绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的,B正确,不符合题意;极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核,C正确,不符合题意;α粒子散射实验中,当α粒子接近原子核时,受到静电斥力作用,则静电力对α粒子做负功,电势能增大,因此当α粒子最接近原子核时,电势能最大,D正确,不符合题意。
命题视角2　了解氢原子光谱与玻尔理论,掌握氢原子能量与能级跃迁
3.大量处于n=4激发态的氢原子,当它们自发地跃迁到较低能级时,下列说法正确的是(　　)
A.氢原子跃迁时可以发出连续光谱
B.由n=4能级跃迁到n=3能级时发出光子的波长最长
C.这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子
D.核外电子轨道半径减小,动能增加,电势能减小,总能量不变
解析:B　氢原子跃迁时发出特定频率的光子,形成线状光谱,而非连续光谱,故A错误;由n=4跃迁到n=3时能级差最小,光子能量最小,根据ε=hν=h,可知波长最长,故B正确;大量处于n=4的氢原子跃迁时,根据=6可知最多可产生6种不同频率的光子,故C错误;跃迁到低能级时,轨道半径减小,动能增大,电势能减小,但总能量减少(能级降低),故D错误。
4.大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。氢原子的能级示意图如图所示,已知金属钾的逸出功为2.25 eV,当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的光能使金属钾发生光电效应的有(　　)
A.4种 B.3种 C.2种 D.1种
解析:C　大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,能够辐射出不同频率的光的种类为=3种,辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,ΔE2=E3-E2=
-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,ΔE3=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,其中ΔE1>2.25 eV,
ΔE2<2.25 eV,ΔE3>2.25 eV,所以辐射的光能使金属钾发生光电效应的有2种。
5.(2025·强基联盟联考)氢原子能级图如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量大于两者能级差
B.原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系
C.赖曼系是原子从较高能级向量子数为3的能级跃迁时发出的光谱线
D.若巴耳末系的光能使某金属发生光电效应,则帕邢系的光也一定能使该金属发生光电效应
解析:B　原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量等于两者能级差,故A错误;由题图可知,原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系,故B正确;赖曼系是原子从较高能级向量子数为1的能级跃迁时发出的光谱线,故C错误;结合玻尔理论可知,帕邢系的光子的能量值小于巴耳末系光子的能量值,所以若巴耳末系的某种光能使一金属发生光电效应,则帕邢系的光不一定能使该金属发生光电效应,故D错误。
6.我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ为氢原子由n=3或n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图甲),图乙为氢原子的能级示意图,则(　　)
A.Hα是由n=4能级向n=2能级跃迁产生的
B.用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hβ的条纹间距大
C.Hα的光子动量大于Hβ的光子动量
D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
解析:D　由题图可知,Hα的频率小,对应光子的能量小,是由n=3能级向n=2能级跃迁产生的,故A错误;Hα的频率小,波长大,双缝干涉条纹间距为Δx=λ,所以用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hα的条纹间距大,故B错误;光子动量为p=,因Hα的波长大于Hβ的波长,故Hα的光子动量小于Hβ的光子动量,故C错误;氢原子从基态跃迁到激发态需要能量E=
-3.4 eV-(-13.6) eV=10.2 eV,Hβ对应的光子能量Eβ=E4-E2=-0.85 eV-(-3.4) eV=2.55 eV<
10.2 eV,不能使氢原子从基态跃迁到激发态,故D正确。
B级·高考过关练
7.(2025·金丽衢二模)(多选)原子钟对提升导航定位、深空探测、电力系统授时等技术具有重要意义,某原子钟工作原子的四能级体系如图所示。首先,工作原子吸收波长为λ0的光子a,从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ。然后,工作原子自发辐射出波长为λ1的光子,跃迁到“钟跃迁”的上能级2,并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级1,辐射出波长为λ2的光子,实现受激辐射,发出钟激光。最后,工作原子从下能级1回到基态,同时辐射出波长为λ3的光子。则(　　)
A.某“振荡器”产生的电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2,则“振荡器”的振荡频率为
B.该原子钟产生的钟激光的波长λ2=λ0-λ1-λ3
C.光子a的动量一定比钟激光的动量大
D.钟激光可以让某金属材料发生光电效应,光子a一定也可以
解析:ACD　当电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2时,说明电磁场的波长等于λ2,由电磁波的波速公式c=λν可知“振荡器”的振荡频率为,故A正确;由能量守恒可以判断ε0=ε1+ε2+
ε3,代入光子能量公式ε=hν和公式c=λν,可得=++,化简可得=--,故B错误;由光子动量公式p=、光子能量公式ε=hν和公式c=λν,可知p=,由题意可知ε0>ε2,所以p0>p2,故C正确;发生光电效应需要入射光频率大于截止频率,光子a的能量大于钟激光的能量,由光子能量公式ε=hν可知,光子a的频率大于钟激光的频率,所以当钟激光可以让某金属材料发生光电效应时,光子a一定也可以,故D正确。
8.(2025·嘉兴一模)如图甲所示,分别用a、b两种可见光照射光电管的K极,得到光电流与光电管两极之间的电压关系如图乙所示,图丙为氢原子的能级图。依据玻尔原子模型理论,若取无穷远处为零电势点,氢原子的电势能可表示为Ep=-k(k为静电力常量,e为元电荷,r为两电荷之间的距离),则(　　)
A.滑动变阻器滑片向右移动时光电流不为零且保持不变
B.处于第2能级时,氢原子电子绕核运动的动能为6.8 eV
C.当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时只有a光照射时才发生光电效应
D.氢原子吸收能量,电子速率增大为绕核速率的倍时,可成为自由电子
解析:D　滑动变阻器滑片向右移动时,光电管反向电压增大,光电流不为零且减小,故A错误;根据库仑力提供向心力有=,则动能为Ek=mv2==-Ep,则处于第2能级时,有Ek+Ep=-3.4 eV,解得Ek=3.4 eV,故B错误;能否发生光电效应与遏止电压大小无关,则当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时b光照射时一定能发生光电效应且会有光电流,而a光照射时无光电流产生,但是仍能发生光电效应,故C错误;根据库仑力提供向心力有=,解得v=,电离时电势能为0,根据能量守恒定律有mv′2-=0,解得v′==v,故D正确。(共20张PPT)
课时2
原子结构
考点一
原子的核式结构
基础梳理
1.电子的发现:英国物理学家 发现了电子。
2.α粒子散射实验
(1)装置:1909～1911年,英国物理学家 和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验装置如图所示。
汤姆孙
卢瑟福
(2)现象:实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿 的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。(如图所示)
原来
带正电,质量为电子的7 300倍
3.原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的 和几乎全部 都集中在核里,带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。
正电荷
质量
典例精析
命题视角　分析α粒子散射实验的现象,理解原子核式结构模型
【典例1】 (容易)卢瑟福α粒子散射实验的实验装置图如图所示,以下说法正确的是(　 　)
A.α粒子是质子
B.图中A、B两位置观察到的闪光次数接近
C.实验表明原子核集中了原子几乎全部的质量
D.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C
解析:C　α粒子是氦核,故A错误;在α粒子散射实验中,大多数α粒子沿直线穿过金箔,在A位置观察到的闪光次数多,极少数α粒子被反弹回来,在B位置观察到的闪光次数极少,A、B两位置观察到的闪光次数不接近,故B错误;少数α粒子发生大角度的偏转,极少数α粒子甚至被反弹回来,说明原子核集中了原子几乎全部的质量,故C正确;卢瑟福α粒子散射实验否定了汤姆孙原子模型,建立了原子核式结构模型,故D错误。
考点二
玻尔理论与原子的能级结构
基础梳理
1.氢原子光谱
(1)光谱:用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开,获得光的 (频率)和强度分布的记录,即光谱。
(2)光谱分类
波长
(3)光谱分析:每种原子都有自己的 ,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。
特征谱线
2.玻尔原子模型的三条假设
定态 假设 原子只能处于一系列 的能量状态中,在这些能量状态中原子是 的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量
跃迁 假设 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,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν= 。(m轨道 假设 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是 的,因此电子的可能轨道也是 的
不连续
稳定
En-Em
不连续
不连续
3.氢原子的能量和能级跃迁
(1)氢原子的能级图:如图所示。
-13.6
典例精析
命题视角1　掌握氢原子光谱与巴耳末公式,结合其他模块知识综合考查
A.照射同一单缝衍射装置,Hδ光的中央明条纹宽度宽
B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖,Hδ光的侧移量小
C.以相同功率发射的细光束,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多
D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的饱和光电流小
C
命题视角2　定量计算光子频率与光子种类数,定性分析氢原子能级图
1.两类能级跃迁
(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。
(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。
吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν=ΔE。
注意:若实物粒子与原子碰撞,使原子受激跃迁,实物粒子能量大于能级的能量差。
2.光谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1
3.电离
(1)电离态:n=∞,E=0。
(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如:氢原子从基态→电离态:
E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV。
(3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。
【典例3】 (氢原子能级跃迁·中等)图示为氢原子的能级图,波长为λ的光照射一群处于基态的氢原子后,氢原子只能够辐射出两种可见光P、Q及其他不可见光。可见光P、Q的波长λP<λQ,已知可见光的光子能量在1.62 eV～3.11 eV之间。下列说法正确的是(　　)
A.波长为λ的光子能量为12.75 eV
B.可见光P的光子能量为1.89 eV
A
【典例4】 (能级跃迁与其他模块知识综合考查·中等)(2025·浙江1月选考)
(多选)如图甲所示,三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器,记录电流表与电压表示数,两者关系如图乙所示。下列说法正确的是(　 　)
A.分别射入同一单缝衍射装置时,Q的中央亮纹比R宽
B.P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长,P大于Q
C.氢原子向第一激发态跃迁发光时,三束光中Q对应的能级最高
D.对应于图乙中的M点,单位时间到达阳极A的光电子数目,P多于Q
BC
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