原子结构之谜全章课件粤教版选修35.ppt

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1、物理：第三章第一节敲开原子的大门课件PPT（粤教版选修）,第一节 敲开原子的大门,知识回顾,相当长时间,人们认为原子不可分，英国科学家汤姆生对阴极射线中发现电子!敲开了原子的大门!,实验装置:电源,感应圈,阴极射线管,磁铁 产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。 现象:1.阴极射线使荧光屏发光（特点） 2.当加入磁场后射线偏转 发光原理:在强电场中,气体被电离而导电,一、探索阴极射线,汤姆生如何测定出粒子的荷质比？,让带电粒子垂直射入匀强磁场，如果仅受磁场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力：,电荷接收器,A,当阴极A

2、产生的射线进入大真空管D时,可以看到管壁上有荧光出现. 当大真空管中加入磁场时,射线就会偏转,被接收器接收到 经检验为负电荷,荷质比的测定,1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基本参量。,2.测定荷质比的装置：,A：电离室:S1S2：加速电场 S2S3：速度选择器,B：匀强磁场,D：照相底片,3.电子就是通过测定荷质比而被发现的。,4.测定荷质比的装置质谱仪（最初由汤姆生发现的）。,5.质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小差别，由公式q/m=2U/B2r2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细条，叫

3、质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。,M,N,一个质量为m,电量为e的带电粒子,以速度v垂直进入磁场B中,在平行板MN间产生竖直向上的电场E,在垂直电场向外的方向上加一磁场B,适当地调节电场和磁场的强度,可以测出速度大小V=,E/B,设平行板MN之间的距离为h,板的水平长度为d,首先使阴极仅受电场作用并达到最大偏转,测得此时的场强E,随后保持E不变,外加磁场使射线恢复水平不再偏转,测得此时的磁场的强度B,证明:当阴极射线只受电场力时,做抛体运动,d=vt 得:,得出,所以:,实验结果：荷质比约为质子的2000倍,汤姆生如何测定出粒子速度v和半径r？,1、让粒子垂直射入正交的电磁

4、场做匀速直线运动：,2、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作用达到最大偏转,密立根油滴实验的原理图,密立根测量出电子的电量,根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量,1、关于阴极射线的本质，说法对的是（ ）,A、阴极射线的本质是氢原子 B、阴极射线的本质是电磁波 C、阴极射线的本质是电子 D、阴极射线的本质是X射线,C,课堂练习,2、 如图,为密立根测量电量实验的示意图,油滴从喷雾器喷出后,落到两平行板间,油滴由于摩擦而带电,调节两板间的电压,可使油滴悬浮.通过显微镜观察到某个半径r=1.610-4cm的油滴恰静止在电场中, 此时两金属板间匀强电场E=1.9105N/C. 已知油滴的密度为=0.8

5、5103kg/m3. 求：该油滴所带的电荷量 是元电荷的多少倍？,二、电子的发现,汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属材料制作电极，都测得相同的荷质比，随后又发现在气体电离和电光效应等现象中，可从不同物体中击出这种带电粒子，这表明它是构成各种物体的共同成分。随后，汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大基本上相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在。,美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量： e=1.60221019 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.10941031 kg 由于发现电子的杰出

6、贡献，汤姆生在1906年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现打破了传统的“原子不可分”的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步。,1897年,汤姆生在研究阴极射线: 1.测出了阴极射线的电性 2.测出了它的速度和偏转情况 3.测出了它的荷质比 4.发现用不同的金属做电极所有的射线一样的性质.,课堂小结,习题1：如图，在两平行板间有平行的均匀电场E，匀强磁场B。MN是荧光屏，中心为O，OO=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O，y轴向上，x轴垂直纸面向外，一束速度、荷质比相同的粒子沿OO方向从O射入，打在 屏上P（- ）点，求： （1）粒子带何种电荷？ （2）B的方向？ （3）粒子的荷质比？,

7、O,O,M N,思考与研讨,习题2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U。电子离开阴极时速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v，下面说法正确的是：( ) A、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为2v B、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为v/2 C、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为2v D、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为0.707v,A,K,U,物理学家对阴极射线的研究，引发了19世纪末的三大发现： 1895年伦琴发现了X射线。 189

8、6年贝克勒尔发现了天然放射现象。 1897年汤姆生发现了电子。,汤姆生 约瑟夫约翰汤姆生(Joseph John Thomson)1856年12月18日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生14岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。1876年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指导下进行电磁场理论的实验研究工作。1884年，年仅28岁便当选为皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授。 当时，关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电的“分子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说，认为阴极射线是一种电磁波。

9、汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波。,他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫做“电子”。1897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。 190

10、6年，汤姆生由于在气体导电方面的理论和实验研究而荣获诺贝尔物理学奖。 1940年8月30日汤姆生在剑桥逝世。,2 原子的核式结构模型,汤姆生的原子模型,十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原子的组成部分由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质那么这两种物质是怎样构成原子的呢？,汤姆生的原子模型,在汤姆生的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象布丁中的葡萄干那样镶嵌在内。,原子内部是什么样子的？,既然带负电的粒子(电子)质量这么小，那么带正电的部分是如何分布的呢？,西瓜模型 枣糕模型,粒子散射实验,卢瑟福,著名的 粒子散射实验,著名的

11、 粒子散射实验,卢瑟福 粒子散射实验,卢瑟福从1909年起做了著名的粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性 。 粒子是什么粒子？ 氦核（两个单位正电、质量是氢原子质量的4倍） 如果汤姆孙的枣糕模型是正确的，你预计实验的结果会是什么样子？,卢瑟福 粒子散射实验,实验结果： 绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。 少数 粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，甚至超过了90o,也就说几乎被“撞了回来”。 实验结果说明了什么？,卢瑟福 原子模型,原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。正电的体积很小，被称为原子核。这个模型被称为核式结构模

12、型。,电子对 粒子的作用忽略不计。 因为原子核很小，大部分 粒子穿过原子时离原子核很远，受到较小的库仑斥力，运动几乎不改变方向。 极少数 粒子穿过原子时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射。,卢瑟福按照这个模型，利用经典力学计算了向各个方向散射的 粒子比例，结果与实验相符。,卢瑟福粒子散射实验中为何使用的是金箔？,方颖 浙江省宁波市奉化中学 http:/ 英国物理学家欧内斯特卢瑟福在汤姆逊的指导下，卢瑟福在做他的第一个实验放射性吸收实验时发现了射线。 卢瑟福设计的巧妙的实验，他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里，在铅容器上只留一个小孔。由于铅能挡住放射线，所以只有一小部分

13、射线从小孔中射出来，成一束很窄的放射线。卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的磁铁，结果发现有一种射线不受磁铁的影响，保持直线行进。第二种射线受磁铁的影响，偏向一边，但偏转得不厉害。第三种射线偏转得很厉害。卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚度的材料，观察射线被吸收的情况。第一种射线不受磁场的影响，说明它是不带电的，而且有很强的穿透力，一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进，只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住，称为射线。第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边，从磁场的方向可判断出这种射线是带正电的，这种射线的穿透力很弱，只要用一张纸就可以完全挡住它。这就是卢瑟福发现的射线。第三种射线由偏转方向

14、断定是带负电的，性质同快速运动的电子一样，称为射线。卢瑟福对他自己发现的射线特别感兴趣。他经过深入细致的研究后指出，射线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。 卢瑟福对于汤姆逊提出的原子模型加以证实，他用射线轰击其他物质，因为卢瑟福通过实验发现了射线并已经知道射线的穿透力很弱，为了使实验中的现象明显，所以卢瑟福在做著名的粒子散射实验之前卢瑟福先是用射线打击云母片，因为云母片可以做的薄足以让射线穿过，但做了实验发现粒子的偏转很小，经测定偏角在2o以下他让助手盖革也在做这方面的实验，盖革发现射线的散射角与靶材料的原子量成正比，也就是被打物体的原子量越大，那么出现大角度散

15、射现象越明显，因为我们知道原子量越大的材料原子核所带正电荷量越大，那么射线在穿行时所受到的库仑力就大，另外原子量大的元素原子核的质量也大，那么当粒子打到比自己质量大的多的原子核时会出现反弹现象。所以他们要选择重金属靶进行散射实验原子量大的金属比较多，那么选择那一种呢？ 因为射线的穿透能力不强，一张普通的纸就可以挡住，所以这个重金属靶必须要让射线穿过，不然如何来研究散射现象，首先重金属靶必须要薄，那么哪种重金属可以压的比纸还薄而不破呢？也就是这种金属的延展性要非常的好，那么就只有金这种重金属是符合条件的，我们知道金有很好的延展性，当时卢瑟福把金压成金箔，金箔薄的可以透过光，金箔的厚度大约有300

16、0层金原子的厚度。当做粒子散射实验时，粒子穿过有3000层金原子的厚度的金箔，绝大多数的粒子仍是保持原来的方向前进，说明原子中是很空旷的。,原子的核式结构的提出,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绕着核旋转,根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：,原子核的电荷和大小,根据卢瑟福的原子核式模型和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

17、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。,原子核的电荷和大小,根据卢瑟福的原子核式模型和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。,【反馈练习】,1、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子的运动情况是 A、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进 B、绝大多数

18、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、全部粒子都发生很大偏转,答案：B,2、卢瑟福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,3、当粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的,答案：BC,早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱,一、光谱,光谱是电磁辐射（不论是在可见光

19、区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。,发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。,1.发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。,平行光管,标度管,三棱镜,观察管,分光镜,分光镜原理分析,标度管,（1）连续光谱 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。,炽热的固体、液体及高压气体的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的，这种光谱叫做连续光谱。,2）明线光谱（原子光谱） 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射

20、的，也叫原子光谱。,高压电源,光谱管,各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。,吸 收 光 谱,钠蒸气,光谱中产生的一组暗线，每条 暗线的波长都跟那种气体原子 的特征谱线相对应。,（3）吸收光谱,高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线与明线相对应，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。,各种光谱 连续光谱 H的发射光谱 钠的发射光谱 钠的吸收光谱 太阳的吸收光谱,光 谱,发射光谱,定义：由发

21、光体直接产生的光谱,连续光谱,产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 光形成的,光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有,线状光谱,（原子光谱）,产生条件：稀薄气体发光形成的光谱,光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）,吸收光谱,定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱,产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的,光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）,各种光谱的特点及成因：,（4）光谱分析,由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。 原子光谱的

22、不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。,研究太阳高层大气层所含元素,氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。,二、氢原子光谱,三、卢瑟福模型的困难,原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾,核外电子绕核运动,卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。,氢 气 的 吸 收 光 谱,氢气,课堂效果检测：,1 在实际生活中，我们可以通过光谱分析来鉴别物质和物质的组成成分。例如某样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。那么我们是通过分析下列哪种谱线来鉴别物质和物质的组成成分的？ A 连续谱 B 线状谱 C 特征谱线 D 任意一种光谱 （B C）,2 下列说法

23、正确的是： A 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分的记录，这就是光谱。即光谱与光强度无关。 B 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分和强度分布记录，这就是光谱。即光谱不仅记录了光的波长分布，还记录了强度分布。 C 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这说明了太阳内部缺少对应的元素。 D在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗线与某些元素的特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存在对应的元素。 （BD）,第四节 原子的能级结构,回顾,19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型

24、能够很好的解释实验现象，得到了多数科学家的肯定，但是与经典的电磁理论发生了矛盾,经典电磁理论,经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子不断地向外辐射能量，能量 逐渐减小，电子绕核旋转的频 率也逐渐改变，原子的发射光 谱应是连续谱。由于原子总能 量减小，电子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。,经典电磁理论与现代物理学的矛盾,事实上： 氢原子发射的光谱是不连续的光谱，而核外的电子总是不停地绕核运动。 表明： 从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟原子微粒产生的微观现象出现了矛盾。,玻尔理论的基本假设,现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定

25、的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设： 定态假设：原子只能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，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态,玻尔的原子模型,电子轨道量子化 电子绕核做圆周运动仍然服从经典力学规律。但轨道不是任意的。,原子能量量子化 电子在不同的轨道，原子具有的能量不同。,氢原子 能级图,电子 轨道数,原子 能量值,用线的高低来反映原子能量的大小,玻尔的原子模型,频率条件 电子吸收光子时会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道 电子从能量较高的轨道跃迁到能

26、量较低的轨道，放出光子,吸收光子(单击),放出光子(单击),氢原子 能级图,电子 轨道数,原子 能量值,原子能量从-1.51eV下降到-3.4eV(单击),原子能量从-3.4eV下降到-13.6eV(单击),1.氢原子的玻尔理论（3个假设）：,问题：氢原子的光谱是分立的，这是为什么？为解决这个问题，玻尔可谓费尽心机,1）定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中的原子是稳定的，电子虽然在旋转，但它不会向外辐射能量,定态之一：近核运动 此时原子能量为Em,定态之二：远核运动 此时原子能量为En,2）跃迁假设：原子从一种能量是Em的定态跃迁到的能量是En另一种定态时，它要吸收或

27、放出一定频率的光子，光子能量由两定态的能量差决定，即 h=IEm-EnI,电子从一个轨道变到另一个轨道，不是以螺旋线的形式变化的，而是突变-以跳跃的方式变化的，因此玻尔把这现象叫“跃迁”,想一想，何时会吸收光子？何时会放出光子？,3）量子化假设：电子的运行轨道不是连续的，而是分立的，电子的可能轨道可用公式表示： rn=n2r1 式中r1=0.53*10-10m 叫电子第一轨道。,电子轨道只能是特殊值的情况叫做轨道量子化,2.氢原子能量公式：,1.电子动能：,Ek=1/2mv2,电子绕核做圆周运动,mv2/r=ke2/r2,故Ek=1/2ke2/r,2.原子势能,Ep=q=-e,=kQ/r=ke

28、/r,故Ep=-ke2/r,由此可见，离核越远，电子动能越小，势能越大，总能量越大。电子r时，E=0 为最大能量，此状态叫电离态。,氢原子总能量E总=-1/2ke2/r,玻尔理论的基本假设,轨道能级化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。 跃迁假设: 当原子从一个能量 为En的定态跃迁到另一个能量 为Em的定态时，就要发射或吸 收一个频率为 m-n的光子.,EmEn 发射光子， EmEn 吸收光子,能级结构猜想,能级：原子内部不连续的能量称为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。 跃迁：原子从一个能级变

29、化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能量为: hv= Em- En Em和En分别为跃迁前后的能级,(1)处于高能级的原子会自发 地向低能级跃迁，并且在 这个过程中辐射光子 。 (2)反之，原子吸收了特定频 率的光子或者通过其他途 径获得能量时便可以从低 能级向高能级跃迁。,氢原子的能级,基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。 激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较 高的能级E2，E3上，这些能级对应的定态 称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外

30、辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。,由 知道，氢原子辐射光谱的波长取决于两光谱项之差；而hv=Em-En式则揭示出氢原子辐射光的频率取决于两能级之差。 能级与光谱项之间的关系 最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆假设，推导出氢原子的能级满足： 式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的,因此n也被称为能量量子数。,n取正整数,氢原子的能级,从 可算出： 所以，上式也可以写成： 能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系。,以无穷远处作为零电势

31、参考位置,电子轨道,能级,基态,激发态,以无穷远处为参考位置,吸 收 能 量,放 出 能 量,氢原子能级结构,赖曼系,普丰德系,布喇开系,帕邢系,巴耳末,3.能级：各状态的能量值叫能级。 （能级名称把能量不连续这一特点体现出来了）,基态,第一激发态,第二激发态,第三激发态,电离态,4.能级图：用图来表示各状态的能量关系,5.用能级图解释氢原子光谱规律（重点）：,巴耳末系,二、氢原子光谱与玻尔理论 1光谱的分类,3玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列_的能量状态中，在这些能量状态中原子是_的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量,不连续,稳定,(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它

32、_或_一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即h_.(h是普朗克常量，h6.631034 Js) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是_的 三、氢原子的能级、能级公式 1氢原子的能级和轨道半径,辐射,吸收,EmEn,不连续,(1)氢原子的能级公式：En E1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量E113.6 eV. (2)氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r10.531010 m. 2氢原子的能级图：如图1322.,图1322,注意： 原子的能量一般指电势能与

33、动能之和 即：En=(EP+EK) 0,电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝 对值时,电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0,电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时， 电子被电离，电离后E0、 EP=0、 EK0,电子吸收能量的形式一般有两种,吸收合适频率光子的能量（可能全吸收或全不吸收）,电子与其它粒子碰撞时吸收能量（全吸收或部分吸收）,玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性,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“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,半经典半量子理论，

34、存在逻辑上的缺点，即把微观粒子看成是遵 守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征。,玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，把原子结构的理论向前推进了一步 ,1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。 2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。 4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。,课堂小结,巴尔末公式,N 6 的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）,巴尔末系,人们把

35、一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系,适用区域：,可见光区、紫外线区,氢原子光谱的其他线系,赖曼线系,红外区还有三个线系,帕邢线系,布喇开系,普丰特线系,紫外线区,二、玻尔理论对氢原光光谱的解释,/nm,课堂练习：,1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是 A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点提出了异议 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系 D、玻尔的公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的,ABCD,2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（ ）

36、 A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的,C,3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ） A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大 C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大,ACD,4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ） A、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值 C、可以取一系列不连续的任意值 D、是

37、一系列不连续的特定值,D,5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知rarb，则在此过程中（ ） 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,C,课堂练习,1.下面关于玻尔理论的解释中, 正确的说法是( ) A.原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量； B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量； C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子； D.原子的每一个能量状态都对应一个电子

38、轨道，并且这些轨道是不连续的。,AD,课堂练习,2. 处于基态的氢原子在某种单色光照射下，只能发出频率为v1、v2、v3的三种光，且v1v2v3, 则照射光的光子能量为多少？ 解：处于基态的原子要发光, 必须先吸收一定的能量E, 使其处于激发态。由于激发态能量高, 原子不稳定, 就会向低能级跃迁, 从而发出一系列频率的光子, 但这些光子的频率决不会大于v, 且必有一种频率等于v。由题意知, 该氢原子受激后只能发出频率为v1、v2、v3的三种光, 且v1v2v3,即最高频率是v3, 那么照射光频率必是v3, 光子能量是hv3。,课堂练习,3. 氢原子从n=1的状态跃迁到n=4的状态，它所吸收的光

39、子的波长是多少？这是不是可见光？ 解：氢原子从n=1的状态跃迁到n=4的状态时，它所吸收的光子的能量为： 可见光的波长范围：390nm780nm,例.一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为 ，一个氢原子处于量子数n为的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数为 。,1原子跃迁时释放光子的频率种数问题,2跃迁与电离的区别,光子和原子作用而使原子在定态之间跃迁时必须恰好满足 ，原子一旦电离，原子结构即被破坏，也就不再遵守有关原子结构理论，如基态氢原子的电离能为 ，只要能量 的光子都能使基态氢原子的电离，只不过入射光的能量越大，产生的光电子的动能越大。（例如15ev的电磁波照射处于

40、基态的氢原子，则电子被电离且获得 ev的动能。）,13.6ev,大于或等于13.6ev,1.4,3.实物粒子和原子的碰撞问题,由于实物粒子的动能可部分或全部被原子吸收，所以只要入射粒子的动能 原子某两定态能之差，也可使原子受激发而向高能态跃迁。,4跃迁与概率的综合问题,例. （2004全国理综）现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假设处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的（n-1）。（ ） A、2200 B、2000 C、1200 D、2400,A,大于或等于,四原子

41、跃迁的几个问题,例.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 式中n=1，2，3表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是 A3A/16 B7A/16 C11A/16 D13A/16,C,5间接跃迁问题,四原子跃迁的几个问题,6能量变化问题,例6.（2002北京）氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上

42、运动的动能。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 （ ） A、氢原子的能量减小，电子的动能增加 B、氢原子的能量增加，电子的动能增加 C、氢原子的能量减小，电子的动能减小 D、氢原子的能量增加，电子的动能减小,A,课堂互动讲练,一、对氢原子跃迁的理解 1原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE末E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸收 2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差,3当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被

43、氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能 一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N C 4原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁,特别提醒：原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差原子电离时所吸收的光子的能量满足EEEn.,即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1.氢原子的能级如图1323所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV3.11 e

44、V.下列说法错误的是( ) A处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 B大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应,图1323,C大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光 D大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光,3电势能 通过库仑力做功判断电势能的增减 当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加,即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2.(2011年杭州二中检测)氢原子辐射出一个光子后( ) A电子绕核旋转半径增大 B电子的动能增大 C氢原子的电势能增大 D原子的能级值增大 解

45、析：选B.放出光子后，原子能量减小，电子轨道半径减小，速度增大，动能增大，而电势能减小，故只有B正确,经典题型探究,卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，获得了重要发现： (1)关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的是( ) 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证明了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里 D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动,【解析】 (1)选C.粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错玻尔发现了电子轨道量子化，D错,(2)从能量转化角度看，当粒子靠

46、近原子核运动时，粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，,【答案】 (1)C (2)2.71014 m,已知氢原子基态的电子轨道半径r10.531010 m，基态的能级值为E113.6 eV. (1)求电子在n1的轨道上运动形成的等效电流 (2)有一群氢原子处于量子数n3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最长的波长,(2)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如图1324所示 (3)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据

47、氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n3的能级跃迁到n2的能级，设波长为，,图1324,【答案】 (1)1.05103 A (2)见解析 (3)6.58107 m,【名师归纳】 (1)掌握原子跃迁的规律和特点是正确分析该题目的关键 (2)在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，可认为其做匀速圆周运动，则电子一定需要向心力，而向心力只能来自于电子和原子核间的库仑引力，据此可由圆周运动的知识列出相应的方程，进行求解,氢原子基态能量E113.6 eV，电子绕核做圆周运动的半径r10.531010 m求氢原子处于n4激发态时： (1)原子系统具有的能量； (2)电子在n4轨道上运动的动能；(已知能量关系En E1，半径关系rnn2r1，k9.0109 Nm2/C2，e1.6101