第18章《子結(jié)構(gòu)》習(xí)【基礎(chǔ)識(shí)】、關(guān)粒散實(shí)（國(guó)物理學(xué)家瑟福完成，稱(chēng)做十大美麗實(shí)驗(yàn)之一）（）

粒散實(shí)的的設(shè)及計(jì)想①目的：通過(guò)

粒子散射的情況獲取關(guān)于原子結(jié)構(gòu)方面的信息。②設(shè)計(jì)：在真空的環(huán)境中，使放射性元素釙放射出的

粒子轟擊金箔，然后透過(guò)顯微鏡觀察用熒光屏接收到的粒子，通過(guò)轟擊前后子運(yùn)動(dòng)情況的對(duì)比，來(lái)了解金原子的結(jié)構(gòu)情況。③設(shè)計(jì)思想：與某一個(gè)金原子發(fā)生作用前后的a粒子動(dòng)情況的差異，必然帶有該金原子結(jié)構(gòu)特征的烙印。搞清這一設(shè)計(jì)思想，就不難理解盧瑟福為什么選擇了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使每個(gè)粒子在穿過(guò)金箔過(guò)程中盡能只與某一個(gè)金原子發(fā)生作用）和為什么實(shí)驗(yàn)要在真空環(huán)境中進(jìn)行（避免氣體分子粒子的運(yùn)

放射源

金箔

熒光屏顯微鏡A動(dòng)產(chǎn)生影響（）

粒散現(xiàn)

D

B①絕大多數(shù)粒子幾乎不發(fā)生偏；②少數(shù)粒子則發(fā)生了較大的偏；③極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏（偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°的甚至幾乎達(dá)到180°（）a粒子散的單釋

C①由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量（電子質(zhì)量約為子質(zhì)量的１／7300使粒子碰到電子，其運(yùn)動(dòng)方向也不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，就象一顆飛行的子彈碰到塵埃一樣，所以電子不可能使α粒發(fā)生大角度散射。而只能是因?yàn)樵又谐娮油獾膸д姷奈镔|(zhì)的作用而引起的；②使

粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆生的原子模型，正電荷在原子內(nèi)均均分布的粒子穿過(guò)原子時(shí)它受到兩側(cè)正電荷的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，因而也不可能子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不可能子反向彈回，這粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相矛盾，從而否定湯姆生的原子模型。③實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，粒子絕大多數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)

90

，個(gè)別甚至被彈回，都說(shuō)明了原子中絕大部分是空的，帶正電的物質(zhì)只能集中在一個(gè)很少的體積內(nèi)（原子核其次，原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)不應(yīng)是均勻分布的（否則對(duì)所有的

粒子來(lái)說(shuō)散射情況應(yīng)該是一樣的“大多數(shù)”“少數(shù)和“極少數(shù)”

粒子的行為的差異，充分地說(shuō)明這部分帶正電的物質(zhì)只能高度地集中在在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)；再次，從這三部分行為不同福為什么能估算出這個(gè)區(qū)域的直徑約為10、原的式構(gòu)（）式構(gòu)具內(nèi)：

粒子數(shù)量的差別的統(tǒng)計(jì)，不難理解盧瑟在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原核上，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子直徑的數(shù)量級(jí)10

m

，而原子核直徑的數(shù)量級(jí)約為1

。①在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，②原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核里，1

EnnE③帶負(fù)電的電子在核外空間里旋轉(zhuǎn)。EnnE（）式構(gòu)實(shí)基核式結(jié)構(gòu)的提出，是建立在粒散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。或者說(shuō)：盧瑟福為了解釋a粒散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，不得不對(duì)原子的結(jié)構(gòu)問(wèn)題得出核式結(jié)構(gòu)的理論。、玻原模原子核式結(jié)構(gòu)與經(jīng)典電磁理論的矛盾：原子結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定和原子光譜是否為包含一切頻率的連光譜。玻爾的原子理論——三條假設(shè)（）“定態(tài)假”原只處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，電子雖做變速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射電磁波，這樣的相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)稱(chēng)為定態(tài)。定態(tài)假設(shè)實(shí)際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適用范圍：原子中電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不受理論的制約。（）“躍遷假”電繞轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不輻射電磁波但電子在兩個(gè)不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時(shí)，卻要輻射（吸收）電磁波（光子頻率由兩個(gè)定態(tài)的能量差值決定hv=E-E。1躍遷假設(shè)對(duì)發(fā)光（吸光）從微觀（原子等級(jí)）上給出了解釋。（）軌量化設(shè)：子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同半徑繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。軌道半徑也是不連續(xù)的。、氫子級(jí)氫譜（）原能氫原子的能級(jí)原各個(gè)定態(tài)的量值叫做原子的能級(jí)原子的能級(jí)公式為1對(duì)的道半徑n2關(guān)系式為：，中叫量數(shù)，只能取正整數(shù)。n=1的態(tài)稱(chēng)為基態(tài)，氫原子基態(tài)的能量值nE13.6eV,rm。子數(shù)大，動(dòng)能越小，勢(shì)能越大，總能量越大。1①能級(jí)公式：EE(EeV；該能包括電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和電子與原子核組成的系統(tǒng)211的電勢(shì)能。②半徑公式：r2r(r（）光在氫光譜中n=2，3，，，??躍發(fā)光形成賴(lài)曼線(xiàn)系；n=3，，，向n=2躍進(jìn)發(fā)形成馬爾末線(xiàn)系n=4，，，7??躍遷發(fā)光形成帕邢線(xiàn)系n=5，，，8??躍發(fā)形成布喇開(kāi)線(xiàn)系，其中只有馬爾末線(xiàn)的前4譜線(xiàn)落在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)。、光的收發(fā)原從種態(tài)能為

E

初

躍到另種態(tài)能為

終

它射或收定率光，子的量這種態(tài)能差定即

h

E

初

E。＞E終初終

，則輻射光子；若

＜E初

終

，則吸收光子。能躍：使原子發(fā)生躍遷時(shí)，入射的若是光子，光子的能量必須恰好等于兩定態(tài)能級(jí)差；若入射的是電，電子的能量須大于或等于兩個(gè)定態(tài)的能級(jí)差。電：不論是光子還是電子使元子電離，只要光子或電子的能量大于兩能級(jí)差就可以使其電離。2

【題型析】有關(guān)粒散實(shí)【題1】

粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有）A．實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、光屏、顯微鏡B．金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響C．如果不用金箔改用鋁箔，就會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象；D．實(shí)驗(yàn)裝置放在空氣中和真空都可以★解析驗(yàn)用的金箔的厚度小至微米然很薄

m

厚的金箔仍包含3300多原子層，如果金箔的厚度過(guò)大，粒子穿過(guò)金箔時(shí)必然受到較大的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)效果B錯(cuò)如果改用鋁箔，由于鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍然發(fā)生C錯(cuò)?？盏膭?dòng)及空氣中有許多漂的分子，會(huì)對(duì)

粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)裝置是放在真空中進(jìn)行的D錯(cuò)。確選項(xiàng)為A。評(píng)注：金的延展性好，可以做的很薄，金的原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子的質(zhì)量，根據(jù)動(dòng)量守恒律可知，這樣當(dāng)子金核相碰撞才能發(fā)生大角度散射，甚至被反向彈回，所子射實(shí)驗(yàn)選用的材料是金箔。【題2】瑟福的α粒散射實(shí)驗(yàn)中，有極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）A．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)集中在一個(gè)很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)能量狀態(tài)中★解析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)是由于受到原子核內(nèi)集中的正電荷的作用。案A【題3】為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、、、四位置時(shí)，觀察到的現(xiàn)象描述正確的是（）A．在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀到屏上的閃光次數(shù)最多B．在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀到屏上的閃光次數(shù)只比在A位置時(shí)稍少些

放射

金

熒光顯微AC．在、位置時(shí)，屏上觀察不閃光D．在D位置時(shí)，屏上仍能觀察一些閃光，但次數(shù)極少★解析：因?yàn)榻^大多數(shù)粒子穿金箔后仍然沿原來(lái)方向前進(jìn)，

D

C

B在A位時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多A對(duì)；為數(shù)

粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)B位置時(shí)內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)比在A位時(shí)要少得多，B錯(cuò)

粒子散射實(shí)驗(yàn)中有極少數(shù)

粒子轉(zhuǎn)角超過(guò)至接近180°以C錯(cuò)確選項(xiàng)為A?！绢}4】在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果兩個(gè)有相同能量子，從不同大小的角度散射出來(lái)，則散射角度大的這個(gè)粒子（）A．更接近原子核B更遠(yuǎn)離原子核．C．受到一個(gè)以上的原子核作用

D．受到原子核較大的沖量作用★解析：由庫(kù)侖定律可知，子受的斥力與距離的平方成反比，粒子距原子核越近，受斥力大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的越大，即散射角度越大B；由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)子穿越某一個(gè)原子的空間時(shí)其它原子核距子相對(duì)較遠(yuǎn)而且其它原子核對(duì)粒子的作用力也可以似相互抵消，所以散射角度大的這個(gè)

粒子并非是由于受到多個(gè)原子核作用造成的C錯(cuò)當(dāng)

粒子受到原子核較大的沖量作用時(shí)，動(dòng)量的變化量就大，即速度的變化量就大，則散射角度大D對(duì)正確選項(xiàng)為AD。3

【題5】瑟福通過(guò)對(duì)a粒散射實(shí)驗(yàn)結(jié)的分析，提出A．原子的核式結(jié)構(gòu)模型．B．原子核內(nèi)有中子存在．C．電子是原子的組成部分．D．原子核是由質(zhì)子和中子組成．【解析】英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。粒散射實(shí)驗(yàn)只發(fā)現(xiàn)原子可以再分，但并不涉及原子核內(nèi)的結(jié)構(gòu)。查德威克在用α粒子轟擊鈹核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子，盧瑟福用α粒子轟擊氮核時(shí)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。【答案】【易錯(cuò)點(diǎn)】容易將原子結(jié)構(gòu)與原子核結(jié)構(gòu)混淆。【題6】中的圓點(diǎn)代表

粒子散射實(shí)驗(yàn)中的原子核，帶箭頭的曲線(xiàn)代

粒子的徑跡，其中不可能發(fā)生的是）★解析：根據(jù)子散射實(shí)驗(yàn)可知，子不可能與原子核相吸引，因?yàn)樗鼈兪峭N電荷答案：【題7】據(jù)子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，圖中虛線(xiàn)表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)表示一個(gè)

粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在

粒子從a運(yùn)動(dòng)b、再運(yùn)動(dòng)到c的程中，下列說(shuō)法正確的是)A．動(dòng)能先增大，后減小B．電勢(shì)能先減小，后增大C．電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功總功等于零D．加速度先變小，后變大★解析：粒子帶正電荷，所以子核對(duì)

粒子的電場(chǎng)力先做負(fù)功后正功，電勢(shì)能先增大后減小，電場(chǎng)力先變大后變小，所以加速度先變大后變小答案：有關(guān)波理的題【題1】用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的一群氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次νν，此可知，開(kāi)始用來(lái)照容器的單色光的光子能量可以表示為：；ν；(ν+ν)(ννν)以表式中A．只有①③正確B．只有正確

3C．只有②③正確D．只有正確【解析容內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說(shuō)明這時(shí)氫原子處于第三能級(jí)。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有：

2

v

3

v

2

v

1hν=-，

hνE，

hν=-E，

1可見(jiàn)ν=ν+ν=ν+)，所以照射光子能量可以表示為②或③，答案：4

nn【題2現(xiàn)有1200個(gè)氫原子被激發(fā)到量數(shù)為4的能級(jí)上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此程中發(fā)出的光子總數(shù)是多少？假設(shè)處在量子數(shù)為n的發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都nn1激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的。A．2200B．2000C．．2400分析：此題考查考生是否了解氫原子的能級(jí)圖

n=4n=3

400

1200400以及原子的躍遷規(guī)律，題目中的假設(shè)情況考查考生題解能力和分析：綜合能力。

n=2

400

200

600解答：畫(huà)出氫原子的能級(jí)圖，根據(jù)氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在

n=1

400200

600該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的1/-1得各個(gè)能級(jí)間發(fā)出的光子數(shù)如下能級(jí)圖所示，所以光子總數(shù)等于400×3+200×2+600=2200

正確答案A點(diǎn)評(píng)：由于考試大綱把氫原子能級(jí)及光子的發(fā)射和吸收由Ⅰ提高為Ⅱ，因此本題考查要求較高復(fù)習(xí)備考時(shí)要特別注意考綱的變化，加強(qiáng)復(fù)習(xí)的針對(duì)性?！绢}3】原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量

E

，問(wèn)：（）原子在n=4的態(tài)時(shí)，可放出幾種頻率的光？其中最小頻率等于多少Hz？（）要使處于基態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射此原子？分析：此題考查氫原玻爾模型及能級(jí)躍遷原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)躍遷到低態(tài)躍遷方式有多種，或直接躍遷到基態(tài)，或先躍遷到較低激發(fā)態(tài)，再躍遷到基態(tài)。解答）據(jù)玻爾理論，氫原子n=4的能級(jí)躍遷時(shí)有6可能性：由EE知能級(jí)之間的能量差減小，輻射光子的頻率就越低，由下可知，n從=4躍到n，射的能量最少

E/eVv

h

EE3h

n=4n=3n=2

-0.85-1.51-3.4=

)]

n=1-13.6=1.6×

10Hz（）使氫原子電離，即將電子移到離核無(wú)窮遠(yuǎn)處，此時(shí)E013.6)

E

，由能量守恒有：而這份能量對(duì)應(yīng)光子的最小頻率應(yīng)為：

.6

Hz3.28故要使基態(tài)的氫原子電離，照射光的頻率至少應(yīng)為3.×，照射光頻率于這一值，使原子電離后多余的能量為電子的動(dòng)能?！绢}4】于基態(tài)氫原子，下列說(shuō)法正確是（）A、它能吸收10.2eV的子B、它能吸收11eV的子C、它能吸收14eV的子D、它能吸收具有11eV動(dòng)能的電子的部分動(dòng)能5

10★解析：注意到光子能量只能全部被吸收，而電子能量則可以部分被吸收。10解答剛是n=n=2的能差不由爾論知正確太氫原子也能吸收14eV的光子而電離，電離后自由電子動(dòng)能為0.4eV它也可吸收動(dòng)能為11eV的子的部分能(1