5.1原子的結(jié)構(gòu)課件高二下學(xué)期物理粵教版選擇性

5.1

原子的結(jié)構(gòu)第五章原子與原子核

學(xué)習(xí)目標(biāo)4.了解能級(jí)、能級(jí)躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念；1.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;3.知道玻爾原子理論基本假設(shè)的主要內(nèi)容；2.盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容；5.掌握用玻爾原子理論簡(jiǎn)單解釋氫原子模型；目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)認(rèn)知?dú)v程近代科學(xué)原子論（1803年）2.原子模型：原子是堅(jiān)實(shí)的，不可再分的實(shí)心球。1.一切物質(zhì)都是由最小的不能再分的粒子——原子構(gòu)成目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)認(rèn)知?dú)v程科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時(shí)，陰極就發(fā)出一種射線。它能使對(duì)著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線的本質(zhì)是什么呢？目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)認(rèn)知?dú)v程

這種射線稱為陰極射線。對(duì)這種射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它是一種電磁輻射；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它是帶電微粒。如何用實(shí)驗(yàn)判斷哪一種觀點(diǎn)正確呢？目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)認(rèn)知?dú)v程19世紀(jì)，對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射代表人物赫茲另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電微粒代表人物湯姆孫

湯姆孫英國(guó)陰極射線的本質(zhì)目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)【特別提醒】(1)注意陰極射線和X射線的區(qū)別.陰極射線是電子流，X射線是電磁輻射.(2)由陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)可確定射線由帶負(fù)電的粒子組成.J.J湯姆孫在實(shí)驗(yàn)室J.J.湯姆孫通過(guò)研究氣體電離和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)并完全確認(rèn)了電子的存在。陰極射線的本質(zhì)——電子的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)1、組成陰極射線的成分是電子；2、密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子的電荷量：3、電荷是量子化的；4、電子的發(fā)現(xiàn)的意義：打破了傳統(tǒng)的“原子不可分”的觀念。陰極射線的本質(zhì)——電子的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)通常情況下，物質(zhì)是不帶電的，因此，原子應(yīng)該是電中性的。既然電子是帶負(fù)電的，質(zhì)量又很小，那么，原子中一定還有帶正電的部分，它具有大部分的原子質(zhì)量。請(qǐng)你設(shè)想一下，原子中帶正電的部分以及帶負(fù)電的電子可能是如何分布的？思考與討論棗糕模型（葡萄干布丁模型）湯姆孫提出了目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)

原子是一個(gè)球體，正電荷均勻地分布其中，質(zhì)量很小的電子鑲嵌其中，就象棗點(diǎn)綴在一塊蛋糕里一樣，所以又被人們稱為“棗糕模型”或“葡萄干布丁模型”。

J.J.湯姆孫的原子模型——“棗糕模型”目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)1909年湯姆孫的學(xué)生盧瑟福建議其學(xué)生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗(yàn)證湯姆孫原子模型。目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)

α粒子是從放射性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍。⑴α粒子⑵實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置③顯微鏡帶有光屏S，可以在水平而內(nèi)轉(zhuǎn)到不同的方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M(jìn)行觀察。①是被鉛塊包圍的α粒子源②是金箔：接收α粒子的轟擊當(dāng)α粒子打到金箔時(shí)，發(fā)生了α粒子的散射。統(tǒng)計(jì)散射到各個(gè)方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布情況。金的延展性好，核電荷量大，核質(zhì)量大。為什么用金？目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子（約占8000分之一）發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至幾乎被撞了回來(lái)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋①J.J.湯姆孫的模型無(wú)法解釋大角度散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。②占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的物質(zhì)集中在很小的空間范圍。這樣才會(huì)使α粒子在經(jīng)過(guò)時(shí)受到很強(qiáng)的斥力，使其發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。⑴大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的⑵α粒子偏轉(zhuǎn)主要是具有原子的大部分質(zhì)量的帶正電部分造成的因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量只有α粒子的

，它對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可以忽略。目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)ɑ粒子不偏移少數(shù)ɑ粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)極少數(shù)ɑ粒子被彈回實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析推理原子內(nèi)部絕大部分是“空”的原子內(nèi)部有“核”存在作用力很大質(zhì)量很大電量集中目標(biāo)一、原子核式結(jié)構(gòu)

1911年，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型

1、原子核：原子中心有一個(gè)很小的核，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量。

2、帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。3、原子半徑的數(shù)量級(jí)大約是10-10m原子核半約數(shù)量級(jí)為10-15m評(píng)價(jià)任務(wù)：【典例1】

1897年，物理學(xué)家湯姆孫正式測(cè)定了電子的比荷，打破了原子是不可再分的最小單位的觀點(diǎn)．因此，湯姆孫的實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一．在實(shí)驗(yàn)中湯姆孫采用了如圖所示的陰極射線管，從電子槍C出來(lái)的電子經(jīng)過(guò)A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的D、E平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑．若在D、E間加上方向向下，場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電子將向上偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、E電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫)，熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為θ.試解決下列問(wèn)題：(1)說(shuō)明圖中磁場(chǎng)沿什么方向；(2)根據(jù)L、E、B和θ，求出電子的比荷．評(píng)價(jià)任務(wù)：【典例2】如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)中α粒子穿過(guò)某金屬原子核附近時(shí)的示意圖，A、B、C三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢(shì)面上，則下列說(shuō)法中正確的是(

)A．α粒子在A處的速度比在B處的速度小B．α粒子在B處的速度最大C．α粒子在A、C處的速度相同D．α粒子在B處的速度比在C處的速度小答案：D評(píng)價(jià)任務(wù)：【典例3】

(多選)關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說(shuō)法正確的是(

)A．是通過(guò)發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來(lái)的B．原子的中心有個(gè)核，叫作原子核C．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)答案：BD目標(biāo)二、光譜——形成1.光譜：經(jīng)三棱鏡散射后，不同頻率的光分開(kāi)(折射率與光的頻率有關(guān))，照在感光底片上，不同波長(zhǎng)(即頻率)的光出現(xiàn)在底片上不同位置.目標(biāo)二、光譜——分類發(fā)射光譜吸收光譜：連續(xù)光譜線狀光譜熾熱的固體、液體或高壓氣體游離原子、稀薄氣體、金屬蒸氣原子光譜物質(zhì)吸收光子，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)而產(chǎn)生的光譜（光源發(fā)出）電腦屏幕的光譜是不連續(xù)的亮線白熾燈的連續(xù)光譜一種熒光燈的光譜紅色霓虹燈金屬鹵化燈鈉光燈光譜取決于原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原子發(fā)出的光譜都是不連續(xù)的線狀光譜目標(biāo)二、光譜——種類目標(biāo)二、原子光譜某種原子的氣體通電后可以發(fā)出并產(chǎn)生固定不變的光譜，這種光譜被稱為原子光譜目標(biāo)二、氫原子光譜原子光譜：某種原子的氣體通電后可以發(fā)光并產(chǎn)生固定不變的光譜。氫原子光譜：由實(shí)驗(yàn)得到的氫原子光譜是分立的。每種原子都有自己的特征光譜目標(biāo)二、氫原子光譜

每種原子都有自己的特征光譜特征譜線鑒別元素目標(biāo)二、氫原子光譜——經(jīng)典理論的困難矛盾二：無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性矛盾一：無(wú)法解釋原子光譜的分立性輻射電磁波事實(shí)上：輻射電磁波頻率只是某些確定值電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化HαHδHγHβ事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的核外電子繞核運(yùn)動(dòng)目標(biāo)三、原子能級(jí)結(jié)構(gòu)棗糕模型或葡萄干模型原子核式結(jié)構(gòu)玻爾的原子模型目標(biāo)三、原子能級(jí)結(jié)構(gòu)受到普朗克和愛(ài)因斯坦量子概念的啟發(fā)下，玻爾提出：1.電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是分立的，電子只能在某些特定的軌道。（軌道量子化假說(shuō)）玻爾，丹麥物理學(xué)家1885年10月7日—1962年11月18日，1922獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)目標(biāo)三、原子能級(jí)結(jié)構(gòu)2.當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子具有不同的能量值（能級(jí)）（能量量子化假說(shuō)）。3.當(dāng)電子從一個(gè)穩(wěn)定態(tài)躍遷到另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)，會(huì)輻射出電磁波或者吸收電磁波.電磁波波長(zhǎng)滿足，（躍遷假說(shuō)）4.高能級(jí)的原子能自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并輻射出能量。反之，低能級(jí)的原子獲得能量，便可以向高能級(jí)躍遷。hv=Em-En目標(biāo)三、原子能級(jí)結(jié)構(gòu)軌道與能級(jí)相對(duì)應(yīng)氫原子的能級(jí)示意圖激發(fā)態(tài)：當(dāng)電子受到外界激發(fā)時(shí)，可從外界吸收能量，并從基態(tài)躍遷到較高能級(jí)上，這些能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)?；鶓B(tài)：在正常情況下，氫原子處于最低的能級(jí)，這個(gè)最低能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)。目標(biāo)三、原子能級(jí)結(jié)構(gòu)氫原子能級(jí)的躍遷條件光子的能量：E=hv如果電子想從n=1躍遷到n=2的軌道E2-E1=10.2eV如果電子想從n=1躍遷到n=3的軌道E3-E1=12.09eV則原子需要?jiǎng)偤梦?2.09eV的能量電離條件實(shí)物粒子原子與原子結(jié)構(gòu)原子J.J湯姆孫盧瑟福波爾J.J湯姆孫盧瑟福波爾提出棗糕模型發(fā)現(xiàn)了電子密里根油滴實(shí)驗(yàn)電子電荷量原子的核式結(jié)構(gòu)

量子化條件三個(gè)假設(shè)躍遷假設(shè)定態(tài)假設(shè)軌道量子化能量量子化光子實(shí)物粒子光子的能量必須滿足能級(jí)差光子的能量大于或等于能級(jí)差軌道半徑越大，原子能量越大，勢(shì)能增加動(dòng)能減少電離能目標(biāo)三、原子能級(jí)結(jié)構(gòu)玻爾理論的局限性玻爾在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念同時(shí)又應(yīng)用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問(wèn)題上遇到了很大的困難沒(méi)有繞開(kāi)經(jīng)典理論無(wú)法解釋復(fù)雜一點(diǎn)的原子的光譜現(xiàn)象無(wú)法解釋譜線的強(qiáng)度等評(píng)價(jià)任務(wù)：【典例4】

(多選)由玻爾理論可知，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B．處于定態(tài)的原子，其電子做變速運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C．原子內(nèi)電子的軌道可能是連續(xù)的D．原子的軌道半徑越大，原子的能量越大解析：按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，一定會(huì)向外輻射電磁波，很短時(shí)間內(nèi)電子的能量就會(huì)消失，與客觀事實(shí)相矛盾，由玻爾假設(shè)可知選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確；原子軌道半徑越大，原子能量越大，選項(xiàng)D正確．答案：BD評(píng)價(jià)任務(wù)