高三物理原子的結(jié)構(gòu)省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)

原子結(jié)構(gòu)第1頁(yè)【知識(shí)關(guān)鍵點(diǎn)】一、電子發(fā)覺(jué)二、原子核式結(jié)構(gòu)三、玻爾原子模型:1.氫原子光譜I2.原子能級(jí)結(jié)構(gòu)和公式I第2頁(yè)一、電子發(fā)覺(jué)

1、湯姆生對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究。1897年，他確認(rèn)陰極射線是帶負(fù)電粒子。

湯姆生測(cè)得陰極射線粒子荷質(zhì)比，大約是當(dāng)初已知?dú)潆x子核質(zhì)比二千倍。以后他又測(cè)得陰極射線粒子電荷與氫離子電荷大小基本上相同。所以得出結(jié)論，陰極射線粒子質(zhì)量比氫離子質(zhì)量小得多。以后人們逐步把這種粒子叫做電子。以后科學(xué)家準(zhǔn)確測(cè)量出電子電量庫(kù)侖，質(zhì)量千克。湯姆生發(fā)覺(jué)電子，是物理學(xué)史上主要事件。因?yàn)殡娮影l(fā)覺(jué)，人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)最小微粒，原子本身也有結(jié)構(gòu)。第3頁(yè)2、湯姆生原子模型

原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子卻像棗子那樣鑲嵌在原子里面，這個(gè)模型能解釋一些試驗(yàn)事實(shí)，但無(wú)法解釋?duì)亮Ｗ由⑸湓囼?yàn)。第4頁(yè)二、原子核式結(jié)構(gòu)

1、α粒子散射試驗(yàn)

1909年至1911年盧瑟福和他合作者用α粒子轟擊金箔做了α粒子散射試驗(yàn)，發(fā)覺(jué)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粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超出了90°，有些甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎到達(dá)180°。第5頁(yè)2、盧瑟福原子模型經(jīng)過(guò)對(duì)α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，盧瑟福提出了他原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小核，叫做原子核，原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。盧瑟福原子核式模型，能解釋?duì)亮Ｗ由⑸湓囼?yàn)，卻與經(jīng)典電磁理論發(fā)生了矛盾。第6頁(yè)3、原子核電荷和大小

依據(jù)盧瑟福原子核式模型和α粒子散射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠推算出各種元素原子核電荷數(shù)，還能夠預(yù)計(jì)出原子核大小。（1）原子半徑約為10-10米、原子核半徑約是10-14米，原子核體積只占原子體積萬(wàn)億分之一。（2）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)原子序數(shù)相等。（3）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是查對(duì)它庫(kù)侖力。

第7頁(yè)三、玻爾原子模型

1、玻爾原子理論

玻爾在盧瑟福學(xué)說(shuō)基礎(chǔ)上，把普朗克量子理論利用到原子系統(tǒng)上，提出了新原子理論。（1）原子只處于一系列不連續(xù)能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定，電子即使做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)。（2）原子從一個(gè)定態(tài)(設(shè)能量為E1)躍遷到另一個(gè)定態(tài)(設(shè)能量為E2)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率光子，光子能量由這兩種定態(tài)能量差決定，即（3）原子不一樣能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子不一樣運(yùn)動(dòng)軌道。因?yàn)樵幽芰繝顟B(tài)是不連續(xù)，所以電子可能軌道也是不連續(xù)。第8頁(yè)2、氫原子大小和能極玻爾在其假設(shè)基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)，對(duì)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單氫原子進(jìn)行了計(jì)算，算出了氫電子各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)能量（包含動(dòng)能和電勢(shì)能）。玻爾計(jì)算結(jié)果能夠概括為兩個(gè)公式：式中r1，E1分別代表第一條(即離核最近)可能軌道半徑和電子在這個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)能量，rn，En分別代表第n條可能軌道半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)能量，n是正整數(shù)，叫做量子數(shù)。玻爾計(jì)算出了r1和E1數(shù)值：第9頁(yè)

能級(jí)：氫原子各個(gè)定態(tài)能量值，叫做它能級(jí)。上面計(jì)算En式子是氫原子能級(jí)公式。通常把用上式計(jì)算出氫原子各個(gè)能級(jí)表示為以下列圖所表示能級(jí)圖。第10頁(yè)第11頁(yè)

基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能極，這時(shí)電子在離核最近軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫基態(tài)。

激發(fā)態(tài)：給物體加熱或有光照射物體時(shí)，物體中一些原子能夠從相互碰撞或從入射光子中吸收一定能量，從基態(tài)躍遷到較高能級(jí)，這時(shí)電子在離核較遠(yuǎn)軌道上運(yùn)動(dòng)，這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。

躍遷：原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷過(guò)程，是吸收能量過(guò)程；原子從較高基發(fā)態(tài)向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷過(guò)程，是輻射能量過(guò)程，這個(gè)能量以光子形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。第12頁(yè)3、玻爾原子理論對(duì)氫光譜解釋按照玻爾理論，原子從較高能級(jí)E2躍遷到較低能級(jí)E1時(shí)，輻射出光子能量為所以氫原子電子從能量較高第n條軌道躍遷到能量較低第2條軌道時(shí)輻射光子頻率由此計(jì)算出來(lái)頻率與試驗(yàn)測(cè)出氫原子特征譜線頻率完全一致。第13頁(yè)玻爾原子理論對(duì)氫光譜解釋玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜可見光系。一樣也成功地解釋了氫原子光譜紅外線系與紫外線系。玻爾理論對(duì)氫光譜解釋以下。第14頁(yè)玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜可見光系。一樣也成功地解釋了氫原子光譜紅外線系與紫外線系。第15頁(yè)4、玻爾理論不足玻爾理論在解釋氫原子光譜上取得了成功，但用來(lái)解釋比較復(fù)雜原子光譜時(shí)卻碰到了很大困難。理論推導(dǎo)出來(lái)結(jié)論與試驗(yàn)事實(shí)出入很大。玻爾理論成功之處于于它引入了量子觀念，失敗之處于于它保留了過(guò)多經(jīng)典物理理論。20世紀(jì)20年代，建立了量子力學(xué)。量子力學(xué)是一個(gè)徹底量子理論，它不但成功解釋了玻爾理論能解釋現(xiàn)象，而且能夠解釋大量玻爾理論所不能解釋現(xiàn)象。第16頁(yè)四.量子理論電子云第17頁(yè)【經(jīng)典例題】

例1、盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)依據(jù)是，在用α粒子轟擊金箔試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)α粒子：

A、全部穿過(guò)或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)；

B、絕大多數(shù)穿過(guò)，只有少數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至極少數(shù)被彈回；

C、絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過(guò)；

D、全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)。

分析：α粒子轟擊金箔試驗(yàn)結(jié)果是：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粒子發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超出了90°，有甚至被彈回。盧瑟福依據(jù)這個(gè)試驗(yàn)事實(shí)提出了原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。答：選項(xiàng)B正確。第18頁(yè)例2、氫原子核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生情況有：A、放出光子，電子動(dòng)能減小，原子勢(shì)能增加；B、放出光子，電子動(dòng)能增加，原子勢(shì)能降低；C、吸收光子，電子動(dòng)能減小，原子勢(shì)能增加；D、吸收光子，電子動(dòng)能增加，原子勢(shì)能減小。第19頁(yè)分析：依據(jù)玻爾理論，氫原子不一樣定態(tài)是跟核外電子繞不一樣圓形軌道運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。氫原子各個(gè)定態(tài)能量值（包含電子動(dòng)能和電子與核子之間電勢(shì)能)稱為各個(gè)定態(tài)能級(jí)。用En表示電子在第n軌道上原子能級(jí)，用E1表示電子在第1軌道上原子能級(jí)，且這表明電子在外軌道能級(jí)高于電子在內(nèi)軌道時(shí)能級(jí)。又依據(jù)原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷要放出一個(gè)光子，原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷要吸收一個(gè)光子?？梢姡臃懦龉庾邮请娮佑赏廛壍老騼?nèi)軌道躍遷，原子吸收光子是電子由內(nèi)軌道向外軌道躍遷。第20頁(yè)依據(jù)電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程得到電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)能表示式由上式能夠看出，電子在半徑較大軌道上運(yùn)行時(shí)，動(dòng)能反而小。依據(jù)電子與原子核間作用力是引力，電子由較低軌道躍遷到較高軌道時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。所以，當(dāng)原子放出光子時(shí)，是電子從高軌道向較低軌道躍遷，電子動(dòng)能增加，原子勢(shì)能降低，總能量亦降低，選項(xiàng)B正確。當(dāng)原子吸收光子時(shí)，是電子從較低軌道向較高軌道躍遷，電子動(dòng)能減小，原子勢(shì)能增加，原子總能量增加，選項(xiàng)C正確。答：選項(xiàng)B、C正確。第21頁(yè)說(shuō)明：電子在半徑為r軌道上繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子含有動(dòng)能設(shè)電子距原子核為無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，原子電勢(shì)能為零，那么，電子在半徑為r軌道上繞核運(yùn)行時(shí)，原子電勢(shì)能原子含有總能量第22頁(yè)例3、一群處于n=5激發(fā)態(tài)氫原子，當(dāng)它們向n=2能級(jí)躍遷時(shí)，可能輻射n種頻率光子，其中光子最大和最小頻率各為多少？分析：原子輻射光子能級(jí)躍遷情況如圖所表示。原子由第5能級(jí)向第2能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子能量最大，頻率也最大。原子由第5能級(jí)向第4能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子能量最小，頻率也最小。第23頁(yè)解答：一群處于n=5激發(fā)態(tài)氫原子，當(dāng)它們向n=2能級(jí)躍遷時(shí)，可能輻射6種頻率光子。從n=5直接躍遷到n=2能級(jí)時(shí)，輻射光子頻率最大，從n=5躍遷到n=4能級(jí)時(shí)，輻射光子頻率最小，第24頁(yè)【反饋練習(xí)】

1、在用α粒子轟擊金箔試驗(yàn)中，盧瑟福觀察到α粒子運(yùn)動(dòng)情況是

A、全部α粒子穿過(guò)金屬箔后仍按原來(lái)方向前進(jìn)

B、絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金屬箔后仍按原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回

C、少數(shù)α粒子穿過(guò)金屬箔后仍按原來(lái)方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回

D、全部α粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案：B第25頁(yè)

2、原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，是盧瑟福依據(jù)以下哪個(gè)試驗(yàn)或現(xiàn)象提出來(lái)

A、光電效應(yīng)試驗(yàn)

B、氫原子光譜試驗(yàn)

C、α粒子散射試驗(yàn)

D、天然放射現(xiàn)象答案：C第26頁(yè)3、盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果A、證實(shí)了質(zhì)子存在B、證實(shí)了原子核是由質(zhì)子和中子組成C、說(shuō)明原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小核上D、說(shuō)明原子電子只能在一些不連續(xù)軌道上運(yùn)動(dòng)答案：C第27頁(yè)4、當(dāng)α粒子被重核散射時(shí)，如圖所表示運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不可能存在答案：BC第28頁(yè)

5、玻爾在他提出原子模型中所做假設(shè)有

A、原子處于稱為定態(tài)能量狀態(tài)時(shí)，即使電子做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量

B、原子不一樣能量狀態(tài)與電子沿不一樣圓軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，而電子可能軌道分布是不連續(xù)

C、電子從一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率光子

D、電子躍遷時(shí)輻射光子頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)頻率答案：ABC第29頁(yè)6、氫原子核外電子，在由離核較遠(yuǎn)可能軌道躍遷到離核較近可能軌道過(guò)程中A、輻射光子，取得能量B、吸收光子，取得能量C、吸收光子，放出能量D、輻射光子，放出能量答案：D第30頁(yè)7、在玻爾原子模型中，比較氫原子所處量子數(shù)n=1及n=2兩個(gè)狀態(tài)，若用E表示氫原子能量，r表示氫原子核外電子軌道半徑，則A、E2>E1、r2>r1；B、E2>E1，r2<r1；C、E2<E1，r2>r1；D、E2<E1，r2<r1。

答案：A第31頁(yè)8、依據(jù)玻爾理論，氫原子電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后A、原子能量增加，電子動(dòng)能降低B、原子能量增加，電子動(dòng)能增加C、原子能量降低，電子動(dòng)能降低D、原子能量降低，電子動(dòng)能增加答案：D第32頁(yè)9、按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小軌道躍遷到半徑較大軌道上，則A、電子動(dòng)能變大，電勢(shì)能變大，總能量變大B、電子動(dòng)能變小，電勢(shì)能變小，總能量變小C、電子動(dòng)能變小，電勢(shì)能變大，總能量不變D、電子動(dòng)能變小，電勢(shì)能變大，總能量變大答案：D第33頁(yè)10、氫原子在以下各能級(jí)間躍遷（如圖所表示）（1）從n=2到n=1（2）從n=5到n=3（3）從n=4到n=2在躍遷過(guò)程中輻射電磁波波長(zhǎng)分別用

1、

2、

3表式，波長(zhǎng)

1、

2、

3大小次序是：A、

1<

2<

3

；B、

1<

3<

2

；C、

3<

2<

1

；D、

3<

1<

2

。

答案：B第34頁(yè)《史記·廉頗藺相如列傳》：“趙王竊聞秦王善為秦聲，請(qǐng)奏盆缻秦王，以相娛樂(lè)?！蓖豸酥短m亭序》：“足以極視聽之娛，信可樂(lè)也?！彼稳~適《東塘處士墓志銘》：“既苦志不酬，右書左琴以善娛樂(lè)?！眾蕵?lè)天地

娛樂(lè)天地hwh68jyd《古今小說(shuō)·李公子救蛇獲稱心》：“李元在前曾應(yīng)舉不第，近日琴書意懶，止游山玩水，以自?shī)蕵?lè)?！泵黢T夢(mèng)龍《東周列國(guó)志》第五十一回：“主公現(xiàn)有高臺(tái)廣囿，認(rèn)為寢處之所，何不多項(xiàng)選擇良家女子，充牣其中，使明師教之歌舞。以備娛樂(lè)，豈不美哉？”葉圣陶《倪煥之》十三：“又有什么可愛議論音樂(lè)普通娛樂(lè)他人心神么？”像話了。你奶奶……”在福珞回去之前，蘇老太太該給她準(zhǔn)信兒，不然入宮一事怕徹底黃了。明秀答她：“別怕，不是還有我奶奶大壽那一桌，著你操持嗎？辦完了再說(shuō)！”老太太大壽，何以輪到福珞經(jīng)手？原來(lái)那天已定下堂戲，都是城中有名角兒，請(qǐng)到府中來(lái)唱，女眷們都躲在珠簾后頭看，從中午一直唱到晚上。中午飯就在簾后頭擺，到晚上，移到正廳，那才是正式壽宴，另有吹打獻(xiàn)藝正經(jīng)女班兒，是能夠挨在太太們桌邊侍奉，堂戲那邊，還唱著，卻只供陪襯了。老太太有心要再試試福珞和寶音兩人腹中經(jīng)綸，便把堂戲中午那一場(chǎng)飯，一桌包給福珞、一桌包給寶音準(zhǔn)備。堂戲能坐在正屋子里，按例五桌，頭一桌開給老太太，第二桌開給大太太一房，第二桌開給二太太一房，挨下再有兩桌，給勞苦功高老家人、以及湊趣打秋風(fēng)來(lái)窮親友們——若是得臉親友，那就上前三桌坐了。沒(méi)說(shuō)！大太太一桌，交給福珞費(fèi)神，二太太一桌，許給寶音照應(yīng)，其它桌子，還是嘉顏包辦。老太太發(fā)下話，要