第十八章：原子结构
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一、研究进程
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汤姆孙（糟糕模型）→卢瑟福由α粒子散射实验（核式结构模型）→
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波尔量子化模型→现代原子模型（电子云模
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型）
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二、α粒子散射实验
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a、实验装置的组成：放射源、金箔、荧光屏
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b、实验的结果：
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绝大多数α粒子基本上仍沿原来的方向前进，
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少数α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，
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甚至超过了90o 。

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C、卢瑟福核式结构模型内容：
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①在原子的中心有一个很小的原子核，
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②原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核里，
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③带负电的电子在核外空间里旋转。

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原子直径的数量级为m
1010-，而原子核直径的数量级约为m
1015-。

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c、卢瑟福对实验结果的解释
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电子对α粒子的作用忽略不计。

因为原子核很小，大部分α粒子穿过原子时离原子核很远，受到较小的库仑斥
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力，运动几乎不改变方向。

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极少数α粒子穿过原子时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角25
度散射。

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d、核式结构的不足
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认为原子寿命的极短；认为原子发射的光谱应该是连续的。

三、氢原子光谱 28
1、公式：)11(122n m R -=λ m=1、2、3......，对于每个m ，n=m+1,m+2,m+3 (29)
m=2时，对应巴尔末系，其中有四条可见光，一条红色光、一条是蓝靛光、 30
另外两条是紫光。

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2、线状光谱：原子光谱（明线光谱）是线状光谱，比如霓虹灯发光。

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3、吸收光谱（主要研究太阳光谱）：吸收光谱是连续光谱背景上出现不连续的暗线。

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吸收谱既不是线状谱又不是带状光谱（连续光谱） 34
4、实验表明：每种原子都有自己的特征谱线。

（明线光谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相35
对应，只是通常在吸收光谱中的暗线比明线光谱中的两线要少一些） 36
5、光谱分析原理：根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。

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6、连续光谱（带状光谱）：炽热的固体、液体或高压气体的光谱是连续光谱。

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三、波尔模型 39
1、电子轨道量子化r=n 2r 1 ， r 1=0.053nm ——针对原子的核式结构模型提出。

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电子绕核旋转可能的轨道是分立的。

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2、原子能量状态量子化（定态）假设——针对原子稳定性42
提出。

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电子在不同的轨道对应原子具有不同的能量。

原子只能处44
于一系列不连续的能量状态中，这些状态中原子是稳定的，45
电子虽然绕核旋转，但不向外辐射能量，这些状态叫定态。

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取氢原子电离时原子能量为0，用定积分求得E 1= -13.6ev. 47
21n E E n =，E 1 = —13.6ev 48
3、原子跃迁假设（针对原子的线状谱提出） 49
电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出光子。

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电子吸收光子时会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的轨道。

末初E -E hv =。

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注：电子只吸收或发射特定频率的光子完成原子内的跃迁。

如果要使电子电离，光子的能52
量 53
与氢原子能量之和大于等于零即可。

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4、局限性 55
保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看成经典力学描述下轨道运动，没有彻底摆脱
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经典理论的框架。

→无法解释较为复杂原子的光谱。

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5、现代原子模型：
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电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子，在一个确60
定时刻其空间坐标与动量不能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1927年提出的著名的61
测不准原理。

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习题
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1、对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有：（）
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A．实验器材有放射源、金箔、荧光屏、显微镜
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B．金箔的厚度对实验无影响
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C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象；
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D．实验装置放在空气中和真空中都可以
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2、在卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生大角度偏转，其70
原因是（）
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A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
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B．正电荷在原子中是均匀分布的
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C．原子中存在着带负电的电子
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D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
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3、在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度
散射出来，则散射角度大的这个α粒子（）
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A．更接近原子核B．更远离原子核．
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C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用
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4、卢瑟福通过对a粒子散射实验结果的分析，提出
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A．原子的核式结构模型 B．原子核内有中子存在．
81
C．电子是原子的组成部分 D．原子核是由质子和中子组成的．
5、图中的圆点代表α粒子散射实验中的原子核，带箭头的曲线代表α粒子的径
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迹，其中不可能发生的是：（）
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6、根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原85
子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。

在α粒子从a 86
运动到b 、再运动到c 的过程中，下列说法正确的是( ) 87
A ．动能先增大，后减小 88
B ．电势能先减小，后增大 89
C ．电场力先做负功，后做正功，总功等于零 90
D ．加速度先变小，后变大 91
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7、用光子能量为E 的单色光照射容器中处于基态的一群氢原子。

停止照射后，发93
现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、94
ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①hν1；95
②hν3；③h (ν1+ν2)；④h (ν1+ν2+ν3) 以上表示式中
96 97
A ．只有①③正确
B ．只有②正确 98
C ．只有②③正确
D ．只有④正确 99
8、现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后100
都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假设处在量子数为n 的激101
发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数102 的11
-n 。

103
A ．2200
B ．2000
C ．1200
D ．2400 104
9、氢原子处于基态时，原子的能量为eV 6.131-=E ，问： 105
（1）氢原子在n =4的定态时，可放出几种频率的光？其中最小频率等于多106
少Hz ？ 107
（2）若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射此原108
子？ 109
110
111
10、对于基态氢原子，下列说法正确的是（ ）
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v 3 v 2
v 1
A、它能吸收10.2eV的光子
B、它能吸收11eV的光子
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C、它能吸收14eV的光子
D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分114
动能
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11、设氢原子的基态能量为E
1。

某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态
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跃迁到基态
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时，所________________（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波118
长为________。

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12、一些氢原子都处于量子数n=4的激发态，这些氢原子在能级跃迁时
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（1）能释放出多少种频率不同的光子？
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（2）在这些光子波长中的最小值是多少？请画能级图来回答这些问题
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125。