第2講原子結構

如圖為氫原子能級示意圖的一部分，已知當氫原子吸收能量大于或等于其所在能級與

〃=8能級的能級差時、氫原子將電離，吸收的多余能量將轉(zhuǎn)化為電離的電子的動能。相

反，氫原子俘獲電子時，可類似看成電離過程的“相反過程試分析：

nE/eV

8..............................0

4-------------------------0.85

3-------------------------1.51

2-------------------------3.4

情

境

導

思

1-------------------------13.6

(1)大量氫原子處于/尸3的激發(fā)態(tài),在向低能級躍遷時可釋放幾種不同頻率的光子？

(2)從〃=3躍遷到〃=4需要吸收的光子能量是多少?用0.85eV的光子照射〃=3的氫原

子，氫原子能躍遷到?=4的激發(fā)態(tài)嗎？

(3)當處于基態(tài)的氫原子吸收光子能量發(fā)生電離時，光子能量必須滿足什么條件？當處

于基態(tài)的氫原子受到質(zhì)子撞擊時,當質(zhì)子動能為13.6eV時，氫原子一定會電離嗎？

國知識構建

,國小題試做

(2024?廣東汕頭二模)掃描隧道顯微鏡讓人類對原子有了直觀的感受，下列關于原子結構

的說法正確的是()

[A]玻爾的原子結構假說認為核外電子可在任意軌道上運動

[B]a粒子散射實驗中,絕大多數(shù)。粒子發(fā)生了大角度散射

[C]原子光譜是線狀譜，不同原子的光譜可能相同

[D]氫原子在激發(fā)態(tài)自發(fā)躍遷時，氫原子能量減少

【答案】口

?（電子的發(fā)現(xiàn)卜湯姆孫對射線的研究，發(fā)現(xiàn)

湯姆孫的了電子

原子是一個球體,彌漫性地均

棗糕模型棗糕模型〔一

q勻分布在整個球體內(nèi)，電子其中

盧瑟福粒子散射實驗｝-用a粒了轟擊金箔

核式結-原子中帶分的體積很小，

構模型）

U核式結構模型卜但幾乎占有叁部質(zhì)量,_在正

原電體的外面運動

子

結

構

【答案】陰極正電荷鑲嵌正電電子

R舄3）（〃=3,4,5「,）EnrEn各個位置

考點一原子的核式結構

La粒子散射實驗的意義

盧瑟福通過a粒子散射實臉，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結構模型。

2.原子核的電荷與尺度

電荷數(shù)與核外電子數(shù)相等

原子核

［例1］粒子散射實驗的現(xiàn)象分析】1909年，英國物理學家盧瑟福和他的助手蓋革、馬

斯頓一起進行了著名的"粒子散射實驗”,實驗中大量的a粒子穿過金箔前后的運動軌跡

如圖所示。盧瑟福通過對實驗結果的分析和研究，于1911年建立了原子的核式結構模型。

下列描述正確的是（）

彳a粒子

?原子核

---------

［A］絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后,都發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)

［B］少數(shù)a粒子穿過金箔后，基本上沿原來方向前進

［C］該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性

［D］通過a粒子散射實驗，估計出原子核半徑的數(shù)量級為IO1、m

【答案】D

【解析】盧瑟福“a粒子散射實臉''結果表明，絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向

前進，但有少數(shù)a粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)a粒子的偏轉(zhuǎn)超過90。,有的甚至幾乎

達到18()。而被反彈回來，故A、B錯誤;通過a粒子散射實驗，盧瑟福否定了湯姆孫原子模型,

建立了原子的核式結構模型，故C錯誤;通過a粒子散射實臉，盧瑟福估計出了原子核半徑

的數(shù)量級為10ism,故D正確。

［例2］【對原子核式結構模型的理解】關于盧瑟福的原子核式結構模型,下列說法正確

的是()

［A］在原子中心有一個很小的帶負電的核

［B］原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里

［C］電子在核外不停地繞核運動

［D］電子繞核做圓周運動的向心力由核力提供

【答案】C

【解析】在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都

集中在原子核里，故A、E錯誤;帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，故C正確;電子繞核

做圓周運動的向心力由庫侖力提供，故D錯誤。

考點二玻爾理論與能級躍遷氫原子光譜

1.兩類能級躍遷

⑴自發(fā)躍遷:高能級(〃?)典低能級(〃)一放出能量，發(fā)射光子,萬尸日-&。

⑵受激躍遷:低能級(〃)庭高能級(〃?)一吸收能量。

①光照(吸收光子):光子的能量必須恰好等于能級差劣片"

級輻射出的光子能量較大，由pW，e=〃匕匕整理有〃一抑從n=2躍迂到n=\比從〃=3躍

AC

遷到〃=2輻射出的光子動量大，故D正確。

nE/eV

8......................0

4--------------------0.85

3-------------------1.51

2-------------------3.4

1-------------------13.6

[例4]【能級躍遷與光子種類數(shù)的確定】（2024?安徽卷,1）大連相干光源是我國第一臺高

增益自由電子激光用戶裝置，其激光輻射所應用的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的

光譜特征。圖為氫原子的能級示意圖，已知紫外光的光子能量大于3.11eV,當大量處于〃=3

能級的氫原子向低能級趺遷時，輻射不同頻率的紫外光有（）

nE/eV

00-------------------0

4----------------------0.85

3---------------------1.51

2----------------------3.4

1-13.6

[A]1種[B]2種[C]3種[D]4種

【答案】B

【解析】大量處于〃=3能級的氫原子向低能級躍遷時,能夠輻射出不同頻率的光子，共有

髭=3種，輻射出光子的能量分別為AE產(chǎn)邑-后=-1.51eV-（-13.6eV）=12.09eV,AF2=^3-

E2=-1.51eV-（-3.4eV）=1.89eV,AF3=E2-￡i=-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV,其中AE>3.11eV,

△E2V3.11eV,A￡3>3.11eV,所以輻射不同頻率的紫外光有2種，故B正確。

[變式]在[例4]中一個片3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射幾種不同頻率的

電磁波？

【答案】2種

[例5]【能級躍遷與光電效應的綜合】（多選）一群處于第4能級的氫原子向低能級躍遷

過程中能發(fā)出6種不同頻率的光,將這些不同頻率的光分別照射到圖甲所示電路中光電管

的陰極K上只能測得2條電流隨電壓變化的圖像,如圖乙所示。已知氫原子的能級圖如圖

丙所示，則下列推斷正確的是（）

E/eV

.............-0.85

.............-1.51

...............3.4

-------13.6

丙

［A］圖乙中的a光是氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的

［B］圖乙中的b光光子能量為12.75eV

［C］動能為1eV的電子能使處于第4能級的氫原子電離

［D］陰極金屬的逸出功可能為%=6.75eV

【答案】BC

［解析】題圖乙中的a光遏止電壓比b光小，根據(jù)65=//12=小,-%,可知,b光頻率最大,

對應的款原子躍遷的能級差最大，則b光，是更原子由第4能級向基杰躍遷發(fā)出的.選項A

錯誤。題圖乙中的b光光子能量為現(xiàn)=石4-田=（-0.85eV）-（-13.6eV）=12.75eV,選項B正確。

使處于第4能級的氫原子電離需要的最小能量為0.85eV,則動能為IeV的電子能使處于

第4能級的氫原子電離，選項C正確。因a光子對應著從第3能級到基態(tài)的躍遷,該光能

使光電管發(fā)生光電效應;比a光能量稍小的躍遷對應著從第2能級到基態(tài)的躍遷，該躍遷放

出能量為10.2eV,但是該光不能使光電管發(fā)生光電效應，可知陰極金屬的逸出功大于

10.2eV,不可能為Wo=6.75eV,選項D錯誤“

A課時作業(yè)

（滿分:50分）

―基礎對點練

對點1.原子的核式結構

1.（4分）（2024?廣東廣州開學考試）下列有關a粒子散射實驗的說法正確的是（）

［A］在位置③接收到的a粒子最少

［B］正電荷均勻分布在原子內(nèi)

[C]在位置①不能接收到a粒子

[D]盧瑟福首先進行了a粒子散射研究

【答案】D

【解析】原子的內(nèi)部是很空曠的，原子核非常小,所以絕大多數(shù)a粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少

數(shù)a粒子發(fā)生了較大的角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),則在位置③接收到的a

粒子最多,在位置①也能接收到a粒子，但數(shù)量極少，故A、C錯誤;盧瑟福首先進行了a粒子

散射研究，通過粒子散射實臉，可以得出正電荷集中分布在原子核中，故B錯誤,D正確。

2.（4分）關于原子模型及其建立過程，下列敘述不正確的是（）

[A]a粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上

[B]盧瑟福做a粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)。粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前

進，只有少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

[C]湯姆林首先發(fā)現(xiàn)了電子,并測定了電子電荷量，口提出了“棗糕”式原子模型

[D]盧瑟福提出了原子“核式結構”模型，并解釋了a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因

【答案】C

【解析】a粒子散射實臉說明了原子內(nèi)部很空曠，原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一

個很小的核上，故A說法正確;盧瑟福做a粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后

基本上仍沿原來的方向前進，只有少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，盧瑟福通過a粒子散射實驗

建立了原子“核式毋構”模型，并成功解釋了a粒子發(fā)生大角度偏佳的原因，故B、D說法正

確;湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子，提出了“棗糕”式原子模型，密立根測定了也子電荷量，故C說法

錯誤。

對點2.玻爾理論與能級躍遷氫原子光譜

3.（4分）關于玻爾的氫原子模型，下列說法正確的是（）

[A]按照玻爾的觀點,電子在一系列定態(tài)軌道上運動時向外輻射電磁波

[B]電子只有吸收能量等丁兩個能級差的兒子才能從低能級躍遼到高能級

[C]原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，其中“基態(tài)”的原子能量最大

[D]玻爾的氫原子模型徹底解決了盧瑟福原子結構模理的缺陷，原子結構從此不再神秘

【答案】B

【解析】按照玻爾的觀點，電子在一系列定態(tài)軌道上運動時不會向外輻射電磁波，故A錯

誤;根據(jù)頻率條件（也稱輻射條件）加=邑「后，可知電子只有吸收能量等于兩個能級差的光

子才能從低能級躍迂到高能級，故B正確;原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，其中

“基態(tài)”的原子能量最低，故C錯誤;玻爾首先把普朗克的量子假說推廣到原子內(nèi)部的能量,

來解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難,但沒有解決盧慈福原子模型在其他方面的

困難，故D錯誤。

4.（6分）（2025?陜晉青寧高考適應性考試）（多選）氫原子能級圖如圖所示，若大量氫原子處

于〃=1,2,3,4的能級狀態(tài),已知普朗克常量1=6.6x10-34J?s,lcV=L6x1（戶9j,某睇鈾化合物

的逸出功為2.06丫,則（）

nE/eV

00..........；￡￡￡￡￡￡：0

4=-0.85

3-1.51

2-3.4

1----------------------13.6

[A]這些氫原子躍過過桂中最多川發(fā)出3種頻率的光

[B]這些氫原子躍遷過程中產(chǎn)生光子的最小頻率為1.6xlOI4Hz

[C]這些氫原子躍遷過程中有4種頻率的光照射該睇的化合物可使其電子逸出

[D]一個動能為12.5eV的電子碰撞一個基態(tài)氫原子不能使其躍遷到激發(fā)態(tài)

【答案】BC

【解析】這些氯原子躍遷過程中最多可發(fā)出髭=6種頻率的光，故A錯誤;氫原子從〃=4

，

能級躍遷到〃二3能級發(fā)出的光子的能量最小為E=￡4-￡3=0.66eV,這些氫原子躍遷過程中

產(chǎn)生光子的最小頻率為n號”等篙二Hz=1.6xl014Hz,^B正確;鋅鈍化合物的逸出功

為2.0eV,則這些氫原子聯(lián)迂過程中有4種頻率的光照射該鈣飽化合物可使其電子選出，

分別是從〃=4能級躍遷到〃=1能級發(fā)出的光子，從〃=3能級躍遷到〃=1能級發(fā)出的光子,

從〃=2能級躍遷到/?=1能級發(fā)出的光子，從〃=4能級躍遷到〃=2能級發(fā)出的光子，故C正

確;如果是原子吸收光子的能量而導致原子能級躍遷，則光子的能量必須嚴格等于兩個能

級的能量差，而粒子碰撞只需要大于兩能級的能量差即可，一個基態(tài)氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)

所需的最小能量為Emin=￡2-昂=10.2eV,所以動能為12.5eV的電子（大于10.2eV/Ji^一

個基態(tài)氫原子能使其躍it到激發(fā)態(tài)，故D錯誤。

5.（4分）（2023?河北卷,1）2022年8月30日，國家航天局正式發(fā)布了“羲和號”太陽探測衛(wèi)星

國際上首次在軌獲取的太陽乩譜線精細結構。兒是氫原子巴耳末系中波長最長的‘譜線，

其對應的能級躍遷過程為（）

[A]從8躍遷到n=2

[B]從n=5躍遷到n=2

[C]從〃=4躍遷到n=2

[D]從〃=3躍遷到n=2

【答案】D

【解析】由于是氫原子巴耳末系中波長最長的語線，即Ha是氫原子巴耳末系中頻率最

小或能量差最小的語線,根據(jù)氫原子的能級圖，則對應的能級躍遷過程為從〃=3躍遷到〃=2。

選項D正確。

6.（6分）（2024?重慶卷,8）（多選）我國太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星“羲和號”在國際上首次成

功實現(xiàn)空間太陽Ha波段光譜掃描成像。Ha和所分別為氫原子由〃=3和〃=4能級向〃=2

能級躍遷產(chǎn)生的譜線（如圖），則（）

1---------------------13.6

[A]Ha的波長比所的小

[B]H”的頻率比Hp的小

[C]比對應的光子能量為3.4eV

[D]Ho對應的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)

【答案】BD

【解析】氫原子〃=3與〃=2的能級差小于〃=4與“=2的能級差，由￡=/?n,c=2v可知,兒的

頻率小、波長大,B正確,A錯誤;所對應的光子能量為￡=（-0.85）eV-（-3.4）eV=2.55eV.C錯

誤;氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)至少需要能量E'=（-3.4）eV-（-13.6）eV=10.2eV>2.55eV,

故1“對應的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),D正確。

7.（4分）（2024?廣東期末）最新研究成果表示氮原子被電離一個核外電子后，形成類氫結構

的氮離子He,其能級躍遷遵循玻爾原子結構理論，能級圖如圖中所示。若大量處于片3能

級的氨離子躍遷并發(fā)出光，用發(fā)出的所有光照射光電管K極,調(diào)節(jié)滑片P使電流表示數(shù)恰

好為零，如圖乙。已知K極板的逸出功為4.54eV,下列說法正確的是（）

5

4

3

2

［A］筑離子躍遷時，可以產(chǎn)生2種不同頻率的光

［B］處于〃=1能級的于骨子，只要吸收13.6eV的能量就能發(fā)生電離

［C］氮離子躍遷時，輻射出的光均可使光電管K極板發(fā)生光電效應

［D］圖乙中電壓表的讀數(shù)為L5V

【答案】C

［解析】根據(jù)排列組合知識有汽=《=3種,氯離子躍遷時，可以產(chǎn)生3種不同頻率的光，故

A錯誤;處于〃=1能級的靛離子，需要吸收54.4eV的能量才能發(fā)生電離，故B錯誤;氮離子

跋迂時，輻射出的光的能量需要大于逸出功才能使光電管K極板發(fā)生光電效應，由能級圖

可知氯離子躍遷時，輻射出的光的能量均大于逸出功，故C正確;從〃=3能級向n=\能級躍

遷釋放的光子的能量最大，最大能量為Av=-6.04eV-（-54.4eV）=48.36eV,根據(jù)動能定理有

一伙,代入數(shù)據(jù)解得G=43.82V,故D錯誤。

畫綜合提升練

8.（4分）（2023?山東卷,1）“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空,

對提刀我國導航定位、深空探測等技術具有重耍意義。如圖所示為某原了鐘工作的四能

級體系，原子吸收頻率為物的光子從基態(tài)能級I躍遷至激發(fā)態(tài)能級【【,然后自發(fā)輻射出頻

率為0的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2,并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1,實現(xiàn)

受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為黨的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻

率V2為（）

n

2

匕]鐘激光]

[A]vo+vi+v3[B]vo+v^va

[C]V0-V1+V3[D]VO-V1-V3

【答案】D

【解析】原子吸收頻率為VO的光子從基態(tài)能級I躍遷至激發(fā)態(tài)能級n時有E『Ei=hvo,

且從激發(fā)態(tài)能級H向下躍迂到基態(tài)能級【的過程有用廠￡產(chǎn)加1+62+63,聯(lián)立解得

V2=VO-V|-V3<>

9.（4分）氫原子核外電子可在不同的軌道圍繞原子核高速旋轉(zhuǎn)。取無窮遠處為零電勢能點，

氫原子核外電子在半徑為r的軌道上電勢能弓=一號”為電子電荷量火為靜電力常量。如

圖所示，氫原子核外電子從半徑為門的軌道1躍遷到半徑為廠2的軌道2,需要吸收的能量為

瓦則E等于（）

聞今晨）㈣叱1）

?喻曰均2吟?

【答案】A

【解析】核外包子繞原子核做勻速圓周運動，有導乎，得動能為以片，電子在軌道上原

子能量七=航+&=-好會-，，從半徑為ri的軌道1躍遷到半徑為-2的軌道2,吸收的能量

為此田田節(jié)"掙苧晟），故選Ao

10.（4分）（2025?廣東江門一模）圖甲為氫原子能級圖，圖乙為氫原子的光譜,心、Hp＞凡、Hj

是可見光區(qū)的四條譜線，其中由譜線是氫原子從〃=4能級躍遷到〃=2能級輻射產(chǎn)生的，下

列說法正確的是（）

n

8E/eV

50

4-0.54

-0.85

3

-1.51

2

-3.4

1-------------------13.6

甲

410.29

434.17486.27656.47A/nm

II郵III

H6HyHpHa

乙

[A]這四條譜線中,Ha譜線光子頻率最大

[B]氫原子的發(fā)射光譜屬于連續(xù)光譜

[C]用能量為3.5eV的光子照射處于〃=2激發(fā)態(tài)的氫原子，氫原子不發(fā)生電離

[D]若Ha、Hu、Hy、Hd中只有一種光能使某金屬產(chǎn)牛光電效應，那一定是Hs

【答案】D

【解析】由題圖乙可知Ha譜線對應的波長最大，由E=后可知，波長越大，能量越小,A錯誤;

A

氫原子的發(fā)射光譜屬于線狀諳,B錯誤;處于〃=2能級的氫原子電離至少需要吸收3.4eV

的能量,C錯誤;頻率越大的光子越容易使金屬產(chǎn)生光也效應，圖中外譜線波長最小，頻率最

大，山能量最大，若Ha、Hp、Hy、出中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應，那一定是H-,D

正確。

11.（6分）（多選）如圖甲所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光

頻率的變化圖像（直線與橫軸交點的橫坐標為4.29,與縱軸交點的縱坐標為0.5）,如圖乙所

示是可見光譜圖，如圖丙所示是氫原子的能級圖，已