专题120原子结构和能级（解析版）-2023高考一轮复习知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

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2023 高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第二十章原子物理

专题 120 原子结构和能级

第一部分知识点精讲

1、电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。

2．原子的核式结构

（1）. α 粒子散射实验：

（i）实验装置：如下图所示。

（ii）实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径，全部设备

装在真空环境中，因为

粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米。显微镜可在

底盘上旋转，可在

360∘

的范围内进行观察。

（iii）实验结果：

粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极

少数偏转角度大于

90∘

，甚至被弹回。

粒子的大角度散射现象无法用汤姆孙的原子模型解释，

粒子散射实验的结果揭示了：原

子内部绝大部分是空的，原子内部有一个很小的“核”。

（2）.原子的核式结构模型

（i）核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的

质量都集中在原子核内，电子绕核运转。

（ii）核式结构模型对

粒子散射实验的解释

① 因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分

粒子穿过金箔时离核很远，受到

的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而大部分

粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变。

② 只有少数

粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转。

（3）

粒子散射实验中能量的变化

当

粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当

粒子远离原子核时，库仑斥力

做正功，电势能减小；只有库仑斥力做功，只是电势能和动能之间相互转化，

粒子的总

能量保持不变。

3、.三个原子模型的对比

原子模

型

实验基础原子结构成功和局限

“枣糕”

模型

电子的发现原子是一个球体，正电荷均匀分布在

球内，电子镶嵌其中

可解释一些实验现象，但无法说

明

粒子散射实验

核式结

构模型

卢瑟福的

粒子散射实

验

原子的中心有一个很小的核，全部正

电荷和几乎全部质量集中在核里，电

子在核外运动

成功解释了

粒子散射实验，无

法解释原子的稳定性及原子光谱

的分立特征

玻尔的

原子模

型

氢原子光谱

的研究

在核式结构模型基础上，引入量子观

念

成功解释了氢原子光谱及原子的

稳定性，不能解释较复杂原子的

光谱现象

4．氢原子光谱

(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，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)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)。

(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成

成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

【温馨提示】线状谱和吸收光谱都对应某种元素，都可以用来进行光谱分析。

5．玻尔理论的三条假设

(1)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。

(2)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＝Em－ E n。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34

J·s)

(3)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。

6．氢原子的能级、能级公式

(1)氢原子的能级

能级图如图所示

（i）能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。

（ii）横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数，右端的数字“

−13.6

，

−3.40

，…”

表示氢原子的能级。

（iii）相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小。

（iv）带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：

νℎ=Em− En

。

(2)氢原子的能级和轨道半径

① 氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态能量 E1最低，其数值为E1

＝－13.6 eV。

② 氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中 r1为基态半径，又称玻尔半径

其数值为r1＝0.53×10－10 m。

第二部分最新高考题精选

1．（2022·高考广东物理）目前科学家已经能够制备出能量量子数 n较大的氢原子。氢原

子第 n能级的能量为，其中。图 4是按能量排列的电磁波谱，要使

的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（

）

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