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第五章 原子与原子核
第1节 原子的结构
1858年，科学家在研究稀薄气体放电时发现，在内部气体足够稀薄（抽成真空）的玻璃管两端加上高电压时，阴极就会发出一种射线——阴极射线。
阳极
荧光屏
狭缝
阴极
阴极射线究竟是什么？是原子？还是更小的带电微粒？
1.了解α粒子散射实验原理和实验现象；
2.了解卢瑟福的原子核式结构模型，
3.了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。
4.能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱。
一、原子核式结构的提出
1.汤姆孙的“枣糕”模型 / “葡萄干布丁模型”
原子是个球体，
正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。
J.J汤姆孙
2.卢瑟福α粒子散射实验
卢瑟福
在真空中，一束α粒子打在金箔上，通过探测屏或者显微镜观察某一时间内向某一方向散射的α粒子数。
问题：那什么是α粒子呢？
α射线是高速运动的氦原子核。
问题：为什么选择α粒子呢？
（1）首先是容易获得，从放射源中就能得到他。其次它质量大，速度快，就足够的能量可以接近原子中心。
（2）最后它可以使荧光物质发光，因此可以方便的捕捉它的轨迹。如果α粒子与其他粒子发生相互作用而改变运动方向，荧光屏就能够显示出它的方向变化。
问题：为什么用金箔作为靶材呢？
（1）由于金的延展性很好，可以做的很薄，甚至只有1μm厚。这样一来，就可以减少a粒子与氢原子核发生二次碰撞的可能性。
（2）此外，金原子的质量远比α粒子要大，被α粒子的轰击后不易移动。
问题：为什么整个装置要放在真空中？
防止a射线电离空气影响实验结果
现象：
绝大多数 α 粒子穿越金箔后仍沿原方向前进，少数发生较大偏转，极少数偏转角超过90°
3.原子的核式结构模型：
原子中心有一个很小的核，叫原子核，
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，
带负电的电子在核外空间绕核旋转。
二、氢原子光谱
1.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。
2.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
3.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
二、原子的能级结构
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
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
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。
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
5.玻尔理论对氢光谱的解释
（1）解释氢原子光谱的不连续性
原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
（2）解释不同原子具有不同的特征谱线
不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。
6.玻尔理论的成就和局限性
（1）玻尔理论的成就
①玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域。
②提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。
（2）玻尔理论的局限性
过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。除了氢原子光谱外，在解释其他原子发光的问题上遇到了很大的困难。
怎样修改玻尔模型？
思想：必须彻底放弃经典概念
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。
1．(多选)下列说法正确的是（ ）
A．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子
B．电子的发现证明了原子是可分的
C．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置
D．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内
ABC
2．(多选)如图所示为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法正确的是(　　)
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多
C．放在C位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上看不到闪光
AB
3．用能量为12.75eV的光子去激发处于基态的一群氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时可以放出几种频率的光子（　　）
A．12种
B．6种
C．5种
D．3种
B

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