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(共36张PPT)
5.1 原子的结构
第五章 原子与原子核
学习目标
4.了解能级、能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念；
1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象;
3.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容；
2.卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容；
5.掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型；
目标一、原子核式结构认知历程
近代科学原子论（1803年）
2.原子模型：原子是坚实的，不可再分的实心球。
1.一切物质都是由最小的不能再分的粒子——原子构成
目标一、原子核式结构认知历程
科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？
目标一、原子核式结构认知历程
这种射线称为阴极射线。对这种射线本质的认识有两种观点：一种观点认为，它是一种电磁辐射；另一种观点认为，它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢？
目标一、原子核式结构认知历程
19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点
一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹
另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙
汤姆孙
英国
阴极射线的本质
目标一、原子核式结构
【特别提醒】
(1)注意阴极射线和X射线的区别.阴极射线是电子流，X射线是电磁辐射.
(2)由阴极射线在电场、磁场中的偏转可确定射线由带负电的粒子组成.
J.J汤姆孙在实验室
J. J.汤姆孙通过研究气体电离和光电效应实验现象中发现并完全确认了电子的存在。
阴极射线的本质——电子的发现
目标一、原子核式结构
1、组成阴极射线的成分是电子；
2、密立根通过著名的“油滴实验”精确测定了电子的电荷量：
3、电荷是量子化的；
4、电子的发现的意义：打破了传统的“原子不可分”的观念。
阴极射线的本质——电子的发现
目标一、原子核式结构
通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
思考与讨论
枣糕模型（葡萄干布丁模型）
汤姆孙提出了
目标一、原子核式结构
原子是一个球体，正电荷均匀地分布其中，质量很小的电子镶嵌其中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”。
J. J.汤姆孙的原子模型——“枣糕模型”
目标一、原子核式结构
1909年汤姆孙的学生卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用α粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。
目标一、原子核式结构
α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4 倍、电子质量的7300倍。
⑴α粒子
⑵实验原理和实验装置
③显微镜带有光屏S，可以在水平而内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。
①是被铅块包围的α粒子源
②是金箔：接收α粒子的轰击
当α粒子打到金箔时，发生了α粒子的散射。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。
金的延展性好，
核电荷量大，
核质量大。
为什么用金？
目标一、原子核式结构
绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，
少数α粒子（约占8000分之一）发生了较大的偏转，
极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎被撞了回来。
实验现象
目标一、原子核式结构
对α粒子散射实验的解释
①J. J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。
②占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。
⑴大角度的偏转不可能是电子造成的
⑵α粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的
因为电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。
目标一、原子核式结构
绝大多数ɑ粒子不偏移
少数ɑ粒子发生较大偏转
极少数ɑ粒子被弹回
实验现象
分析推理
原子内部绝大部分是“空”的
原子内部有“核”存在
作用力很大
质量很大电量集中
目标一、原子核式结构
1911年，卢瑟福提出了原子的核式结构模型
1、原子核：原子中心有一个很小的核，集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量。
2、带负电的电子在核外空间绕着核旋转。
3、原子半径的数量级大约是10-10m
原子核半约数量级为10-15m
评价任务：
【典例1】　1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ.试解决下列问题：
(1)说明图中磁场沿什么方向；
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
评价任务：
【典例2】　如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某金属原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则下列说法中正确的是(　　)
A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小
B．α粒子在B处的速度最大
C．α粒子在A、C处的速度相同
D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小
答案：D
评价任务：
【典例3】　(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是 (　　)
A．是通过发现电子现象得出来的
B．原子的中心有个核，叫作原子核
C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转
答案：BD
目标二、光谱——形成
1.光谱：经三棱镜散射后，不同频率的光分开(折射率与光的频率有关)， 照在感光底片上，不同波长(即频率)的光出现在底片上不同位置.
目标二、光谱——分类
发射光谱
吸收光谱：
连续光谱
线状光谱
炽热的固体、液体或高压气体
游离原子、稀薄气体、金属蒸气
原子光谱
物质吸收光子，从低能级跃迁到高能级而产生的光谱
（光源发出）
光谱取决于原子的内部结构
原子发出的光谱都是不连续的线状光谱
目标二、光谱——种类
目标二、氢原子光谱
原子光谱：
某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱。
氢原子光谱：
由实验得到的氢原子光谱是分立的。
每种原子都有自己的特征光谱
目标二、氢原子光谱
每种原子都有自己的特征光谱
特征谱线
鉴别元素
目标二、氢原子光谱——经典理论的困难
矛盾二：无法解释原子的稳定性
矛盾一：无法解释原子光谱的分立性
辐射电磁波
事实上：辐射电磁波频率只是某些确定值
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
辐射电磁波频率连续变化
Hα
Hδ
Hγ
Hβ
事实上：
原子是稳定的
核外电子绕核运动
目标三、原子能级结构
枣糕模型或葡萄干模型
原子核式结构
玻尔的原子模型
目标三、原子能级结构
受到普朗克和爱因斯坦量子概念的启发下，
玻尔提出：1.电子绕原子核运动的轨道半径是分立的，电子只能在某些特定的轨道。（轨道量子化假说）
玻尔，丹麦物理学家1885年10月7日—1962年11月18日，1922获得诺贝尔物理学奖
目标三、原子能级结构
2.当电子在不同的轨道上运动时，
原子具有不同的能量值（能级）（能量量子化假说）。
3.当电子从一个稳定态跃迁到另一个稳定态，会辐射出电磁波或者吸收电磁波.电磁波波长满足，（跃迁假说）
4.高能级的原子能自发地向低能级跃迁，并辐射出能量。反之，低能级的原子获得能量，便可以向高能级跃迁。
hv =Em-En
目标三、原子能级结构
轨道与能级相对应
氢原子的能级示意图
激发态：当电子受到外界激发时，可从外界吸收能量，并从基态跃迁到较高能级上，这些能级对应的状态称为激发态。
基态：在正常情况下，氢原子处于最低的能级，这个最低能级对应的状态称为基态。
目标三、原子能级结构
氢原子能级的跃迁条件
光子的能量：E=hv
如果电子想从n=1跃迁到n=2的轨道
E2-E1=10.2eV
如果电子想从n=1跃迁到n=3的轨道
E3-E1=12.09eV
则原子需要刚好吸收12.09eV的能量
电离条件
实物粒子
原子与原子结构
原子
J.J汤姆孙
卢瑟福
波尔
J.J汤姆孙
卢瑟福
波尔
提出枣糕模型
发现了电子
密里根
油滴实验
电子电荷量
原子的核式结构
粒子散射实验
量子化条件
三个假设
跃迁假设
定态假设
轨道量子化
能量量子化
光子
实物粒子
光子的能量必须满足能级差
光子的能量大于或等于能级差
轨道半径越大，原子能量越大，
势能增加动能减少
电离能
目标三、原子能级结构
玻尔理论的局限性
玻尔在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
没有绕开经典理论
无法解释复杂一点的原子的光谱现象无法解释谱线的强度等
评价任务：
【典例4】　(多选)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是(　　)
A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波
B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量
C．原子内电子的轨道可能是连续的
D．原子的轨道半径越大，原子的能量越大
解析：按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A、C错误，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确．
答案：BD
评价任务：
【典例5】　如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在1.61～3.10 eV范围内，由图可知(　　)
A．基态氢原子吸收能量为10.3 eV的光子能从n＝1能级跃迁到n＝2能级
B．基态氢原子的电离能为13.6 eV
C．一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子
D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子是可见光
答案：B
注意事项：
课堂总结

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