第3节原子结构与原子核
(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。(√)
(2)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。(√) (3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。(√)
(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。(×) (5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。(×)
(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。(√) (7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。(×)
(8)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。(×) (9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。(×)
突破点(一) 原子的核式结构
1．汤姆孙原子模型
(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。
(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球内。 2．α粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。
3．原子的核式结构模型 (1)α粒子散射实验结果分析
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。 ②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。
(2)原子的核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。
(3)核式结构模型的局限性
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。
[题点全练]
1．在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略。这是因为与α粒子相比，电子的( ) A．电量太小 C．体积太小
B．速度太小 D．质量太小
1解析：选D 在α粒子散射实验中，由于电子的质量太小，电子的质量只有α粒子的，它对α粒子速度
7 300的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。故D正确，A、B、C错误。
2．[多选]如图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( )
A．α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成 B．α粒子的散射实验揭示了原子核有复杂的结构
C．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后没有发生散射 D．α粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部结构的信息
解析：选ACD 当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成，故A正确；α粒子的散射实验揭示了原子具有复杂的核式结构，故B错误；实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后没有发生散射，故C正确；α粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部的信息，故D正确。
3．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是( )
A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最少 B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 C．放在C位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少 D．放在D位置时，屏上观察不到闪光
解析：选C 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏转，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较放在A位置时少，故B错误；放在C位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数射线较大偏转，可知原子内部带正电的那部分物质体积小且质量大，故C正确；放在D位置时，屏上可以观察到闪光，只不过很少很少，说明很少很少射线发生大角度的偏转，故D错误。
突破点(二) 原子能级跃迁规律
1．对氢原子能级图的理解 (1)能级图如图所示。
(2)能级图中相关量意义的说明：
相 关 量 能级图中的横线 横线左端的数字“1,2,3…” 横线右端的数字“－13.6，－3.4…” 相邻横线间的距离 意 义 表示氢原子可能的能量状态——定态 表示量子数 表示氢原子的能量 表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小 表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En 带箭头的竖线
2．两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。 光子的频率ν＝
ΔEE高－E低
＝。 hh
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。
①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE。
②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 3．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的两种求解方法。 ①用数学中的组合知识求解：N＝C2n＝n?n－1?
。 2
②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。
[题点全练]
1．[多选](2019·连云港模拟)如图是氢原子的能级示意图，当氢原子到n＝2的能级时，辐射紫色光，光的波长为434 nm。下列判断正确的
A．跃迁过程中电子的轨道是连续变小的
从n＝5的能级跃迁是( )
B．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长大于434 nm C．辐射的紫色光能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射6种不同谱线
解析：选BC 根据玻尔理论，原子只能处于一系列不连续的轨道状态，故A错误；从n＝5能级跃迁到n＝2c
能级时，辐射光的波长为434 nm，即有：h＝(－0.54 eV)－(－3.4 eV)＝2.86 eV，而从n＝5能级跃迁到n＝
434 nm3能级时，辐射能量减小，则光的波长增大，故B正确；从n＝5能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的能量为2.86 eV，处于n＝4能级的氢原子电离所需要的能量为0－(－0.85 eV)＝0.85 eV，所以辐射的紫色光可以使处于n＝4能级的氢原子电离，故C正确；根据数学组合C25＝10，可知一群n＝5能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生10种谱线，故D错误。
2．(2018·宿迁期末)如图所示为氢原子的能级图，n为量子数，电子处在n＝2轨道上离氢核的距离________ (选填“近”或“远”)。若氢迁到n＝2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，________eV；一群氢原子从n＝4能级跃迁到基态形成的谱线中有光照射该金属不能发生光电效应。
解析：量子数越大，轨道半径越大，距离原子核越远，电子处在n＝3轨道上比处在n＝2轨道上离氢核的距离远；因为氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级的过程中释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，即逸出功W0＝E3－E2＝(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV；从n＝4能级跃迁到n＝1、2能级，从n＝3能级跃迁到n＝1、2能级，从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量大于等于逸出功，则有5种频率的光子能使该金属产生光电效应。从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量小于逸出功，只有1种频率的光不能使该金属发生光电效应。
答案：远 1.89 1
3．(2019·盐城一模)氦原子的一个核外电子被电离，形成类氢结构是氦离子能级的示意图。现有氦离子从n＝4能级跃迁到n＝________能量为10.2 eV；用该光照射逸出功为2.29 eV的金属钠，光电子产生的________ eV。
解析：根据氢原子能级跃迁时吸收或放出的能量等于两能级差，即可知，10.2 eV＝(－3.4 eV)－En，解得En＝－13.6 eV，所以n＝2；
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知， Ek＝10.2 eV－2.29 eV＝7.91 eV。 答案：2 7.91
突破点(三) 原子核的衰变规律
1．放射性元素
具有放射性的元素称为放射性元素，原子序数大于或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线，它们放射出来的射线共有α射线、β射线、γ射线三种。
2．三种射线的比较
处在n＝3轨道上比原子由n＝3能级跃该金属的逸出功是________种频率的
的氦离子。如图所示能级辐射出的光子最大初动能为
hν＝Em－En，由题意
2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第十一章 第3节 原子结构与原子核 含答案
