高中物理新课标版人教版选修1-2课件：3《原子的核式结构》 41页

3.2《原子的核式结构》 教学目标 § 1.了解原子的核式结构. § 2.培养学生通过现象认清本质的分析、推理能力. § 3.了解原子学说的发展历史，认识α粒子散射实验 的重大意义. § 二、重点分析 § 卢瑟福的α粒子散射实验的现象和所说明的问题. § 三、教具 § 1.了解α粒子散射实验；放相机、彩色显示器、录 相带. § 2.分析实验现象：α粒子散射实验挂图. 【知识要点】 §一、电子的发现 §二、原子的核式结构 §三、玻尔的原子模型 一、电子的发现 1、汤姆生对阴极射线进行 了一系列的实验研究。 1897年，他确认阴极射线 是带负电的粒子。 汤姆生发现电子， 由于电子的发现，人们认识到原 子不是组成物质的最小微粒，原子本 身也有结构。 2、汤姆生原子模型 § 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球 内，而电子却像枣子那样镶嵌在原子里面， § 这个模型能解释一些实验事实，但无法解释 α粒子散射实验。 二、原子的核式结构 1、α粒子散射实验 § 1909年至1911年 § 绝大多数α粒子穿过金箔后仍 沿原来的方向前进， § 少数α粒子发生了较大的偏转， § 并有极少数的α粒子偏转角超 过了90°，有些甚至被弹回， 偏转角几乎达到180°。 2、卢瑟福原子模型 § 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核， 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空间里绕着 核旋转。 § 卢瑟福的原子核式模型，能解释α粒子散射 实验，却与经典的电磁理论发生了矛盾。 3、原子核的电荷和大小 § 根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验数据， 可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出 原子核的大小。 § （1）原子的半径约为10-10米、原子核半径约是10-14 米，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。 § （2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素 在周期表内的原子序数相等。 § （3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。 三、玻尔的原子模型 1、玻尔的原子理论 § （1）原子只处于一系列不连续的能量状态中，在这 些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并 不向外辐射能量。这些状态叫做定态。 § （2）原子从一种定态(设能量为E1)跃迁到另一种定 态(设能量为E2)时，它辐射或吸收一定频率的光子， 光子的能量由这两种定态的能量差决定. § （3）原子的不同能量状态对应于电子的不同运动轨 道。由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的可 能轨道也是不连续的。 2、氢原子的大小和能极 §玻尔的计算结果可以概括为两个公式：， n是正整数，叫做量子数。 玻尔计算出了r1和E1的数值： r E 1 10 1 053 10 136     . . 米 电子伏 玻尔的原子理论对氢光谱的解释 4、玻尔理论的局限性 § 玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念. § 失败之处在于它保留了过多的经典物理理论。 § 20世纪20年代，建立了量子力学。 § 量子力学是一种彻底的量子理论，它不但成功 解释了玻尔理论能解释的现象，而且能够解释 大量的玻尔理论所不能解释的现象。 四.量子理论 § 电子云 【典型例题】 例1、卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是，在用α粒子轰击金 箔的实验中发现α粒子： A、全部穿过或发生很小的偏转； B、绝大多数穿过，只有少数发生很大偏转，甚至极少数被弹回； C、绝大多数发生很大的偏转，甚至被弹回，只有少数穿过； D、全部发生很大的偏转。 分析：α粒子轰击金箔的实验结果是：绝大多数α粒子穿过金箔 后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大角度的偏转，且有 极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回。卢瑟福根据这 个实验事实提出了原子的核式结构学说。 答：选项B正确。 例2、氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一 轨道时，可能发生的情况有： A、放出光子，电子动能减小，原子势能增加； B、放出光子，电子动能增加，原子势能减少； C、吸收光子，电子动能减小，原子势能增加； D、吸收光子，电子动能增加，原子势能减小。 分析：根据玻尔理论，氢原子的不同定态是跟核外电子绕 不同圆形轨道运动相对应的。氢原子的各个定态的能量值 （包括电子的动能和电子与核子之间的电势能)称为各个定态 的能级。用En表示电子在第n轨 道上的原子能级，用E1表示 电子在第1轨道上的原子能级，且 ， 这表明电子在外轨道的能级高于电子在内轨道时的能级。 又根据原子由 高能级向低能级跃迁要放出一个光子，原子 由低能级向高能级跃迁要吸收一个光子。可见，原子放出光 子是电子由外轨道向内轨道跃迁，原子吸收光子是电子由内 轨道向外轨道跃迁。 eVE 6.131  2 1 n EEn  根据电子绕原子核做匀速圆周运动的动力学方程 得到电子绕核运转时动能的表达式 由上式可以看出，电子在半径较大的轨道上运行时，动能反而小。 根据电子与原子核间的作用力是引力，电子由较低轨道跃迁到较高轨 道时，电场力做负功，电势能增加。 因此，当原子放出光子时，是电子从高轨道向较低轨道跃迁，电子的 动能增加，原子的势能减少，总能量亦减少，选项B正确。当原子吸收光 子时，是电子从较低轨道向较高轨道跃迁，电子的动能减小，原子的势 能增加，原子的总能量增加，选项C正确。 ke r m v r 2 2 2  E mv ke rk   1 2 2 2 2 答：选项B、C正确。 说明：电子在半径为r的轨道上绕核做匀速圆周运 动时，电子具有的动能 设电子距原子核为无穷远时，原子的电势能为零， 那么，电子在半径为r的轨道上绕核运行时，原子的 电势能 原子具有的总能量 § 例3、一群处于n=5的激发态的氢原子，当它们向n=2 的能级跃迁时，可能辐射n种频率的光子，其中光子 的最大和最小的频率各为多少？ （已知 ）E = -13.6eV1 w分析：原子辐射光子的能 级跃迁情况如图所示。原 子由第5能级向第2能级跃 迁时，辐射的光子能量最 大，频率也最大。原子由 第5能级向第4能级跃迁时， 辐射的光子能量最小，频 率也最小。 解答：一群处于n=5的激发态的氢原子，当它 们向n=2的能级跃迁时，可能辐射6种频率的光子。 从n=5直接跃迁到n=2的能级时，辐射的光子的 频率最大， 从n=5跃迁到n=4的能级时，辐射的光子的频率 最小， 【反馈练习】 1、在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α 粒子的运动情况是 A、全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进 B、绝大多数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进， 少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C、少数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝 大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D、全部α粒子都发生很大偏转 答案：B 2、原子的核式结构学说，是卢瑟福根据以下 哪个实验或现象提出来的 A、光电效应实验 B、氢原子光谱实验 C、α粒子散射实验 D、天然放射现象 答案：C 3、卢瑟福α粒子散射实验的结果 A、证明了质子的存在 B、证明了原子核是由质子和中子组成的 C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个 很小的核上 D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动 答案：C 4、当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是 不可能存在的 答案：BC 5、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 A、原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速 运动，但并不向外辐射能量 B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运 动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收） 一定频率的光子 D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周 运动的频率 答案：ABC 6、氢原子的核外电子，在由离核较远的可能轨 道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中 A、辐射光子，获得能量 B、吸收光子，获得能量 C、吸收光子，放出能量 D、辐射光子，放出能量 答案：D 7、在玻尔的原子模型中，比较氢原子所处的量子数n=1 及n=2的两个状态，若用E表示氢原子的能量，r表示氢 原子核外电子的轨道半径，则 A、 E2>E1、r2>r1； B、E2>E1，r2r1； D、E2 rb，在此过程中 A、原子要发出一系列频率的光子 B、原子要吸收一系列频率的光子 C、原子要发出某一频率的光子 D、原子要吸收某一频率的光子 答案： C 7、氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨 道时，可能发生的情况有 A、放出光子，电子动能减少，原子势能增加 B、放出光子，电子动能增加，原子势能减少 C、吸收光子，电子动能减少，原子势能增加 D、吸收光子，电子动能增加，原子势能减少 答案： BC 8、氢原子基态能级为－13.6eV，一群氢原子处于量子数 n=3的激发态，它们向较低能级跃迁时，放出光子的能 量可以是 A、1.51eV B、1.89eV C、10.2eV D、12.09eV 答案： BCD 。 三、计算题 9、设氢原子的核外电子在第2条轨道和第3条轨道 上运动时，氢原的能量分别是E2和E3， 已知 ， 问氢原子吸收波长为多少微米的光子，才能使它的电子 从 第 2 条 轨 道 跳 到 第 3 条 轨 道 ( 普 朗 克 常 量 ) JEE 19 23 1003.3  sJh  341063.6 答案： 0.656m 。 10、已知氢泵子基态的电子轨道半径为 ， 量子数为n的能级值为 （1）求电子在基态轨道上运动时的动能 （2）有一群氢原子处于量子数n=3的激发态，画一能级图， 在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线 （3）计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长， （静电力恒量 ， 电子电量 ， 普朗克常量 ， 真空中的光速 ) eV n En 2 6.13  sJh  191063.6 229 /100.9 CmNk  Ce 19106.1  smc /1000.3 8 mr 10 1 10528.0  答案： (1) 13.6eV ； (2) 3 ； (3) 。m7103.1  答案： 一、填空题 1、0.544 。 2、 。 3、 。 4、6 ; 。 二、选择题 5、C ； 6、C ； 7、BC ； 8、BCD 。 三、计算题 9、0.656m 。 10、(1) 13.6eV ；(2) 3 ；(3) 。 h EE 12  1 2 1 8 4 r ker； 14106.1  m7103.1 