高二物理原子的核式結(jié)構(gòu)

新課標(biāo)人教版課件系列《高中物理》選修1-21/443.2《原子核式結(jié)構(gòu)》2/44教學(xué)目標(biāo)

1.了解原子核式結(jié)構(gòu).2.培養(yǎng)學(xué)生經(jīng)過(guò)現(xiàn)象認(rèn)清本質(zhì)分析、推理能力.3.了解原子學(xué)說(shuō)發(fā)展歷史，認(rèn)識(shí)α粒子散射試驗(yàn)重大意義.二、重點(diǎn)分析盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象和所說(shuō)明問(wèn)題.三、教具1.了解α粒子散射試驗(yàn)；放相機(jī)、彩色顯示器、錄相帶.2.分析試驗(yàn)現(xiàn)象：α粒子散射試驗(yàn)掛圖.3/44【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4/44一、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。

湯姆生發(fā)覺(jué)電子，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)。5/442、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)。6/44二、原子核式結(jié)構(gòu)

1、α粒子散射試驗(yàn)

1909年至1911年絕大多數(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°。7/442、盧瑟福原子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。8/443、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。9/44三、玻爾原子模型

1、玻爾原子理論（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.（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)。10/442、氫原子大小和能極玻爾計(jì)算結(jié)果能夠概括為兩個(gè)公式：，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：11/4412/44玻爾原子理論對(duì)氫光譜解釋13/4414/444、玻爾理論不足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。15/44四.量子理論電子云16/44【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。17/44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。18/44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。可見(jiàn)，原子放出光子是電子由外軌道向內(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。19/44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。20/44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21/44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。22/44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，23/44【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：B24/442、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：C25/443、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：C26/444、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：BC27/445、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：ABC28/446、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：D29/447、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：A30/448、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：D31/449、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：D32/4410、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：B33/44【課后練習(xí)】

一、填空題

1、氫原子基態(tài)能量，則氫原子處于量子數(shù)n=5能級(jí)時(shí)能量為_(kāi)_____eV。2、用電磁波照射某原子，使它以能量為E1基態(tài)躍遷到能量為E2激發(fā)態(tài)，該電磁波頻率等于______。

3、在玻爾氫原子模型中，電子第1條（即離核最近那條）可能軌道半徑為r1，則由此向外數(shù)第2條可能軌道半徑r2=________，電子在這第2條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能Ek=__________。已知基本電荷為e，其靜電引力恒量為k。答案：-0.544。答案：答案：34/444、如圖所表示，氫原子最低4個(gè)能級(jí)，氫原子在這些能級(jí)之間躍遷所輻射光子頻率最多有______種，其中最小頻率等于______Hz（保留兩位數(shù)字）。答案：6;35/44二、選擇題5、盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果，表明了A、質(zhì)子比電子重B、原子核內(nèi)存在著中子C、原子中正電荷集中在很小區(qū)域范圍內(nèi)D、能夠用人工方法直接觀察原子結(jié)構(gòu)答案：C36/446、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中電子從二分之一徑為ra圓軌道自發(fā)地直接躍遷到二分之一徑為rb圓軌道上，ra>rb，在此過(guò)程中A、原子要發(fā)出一系列頻率光子B、原子要吸收一系列頻率光子C、原子要發(fā)出某一頻率光子D、原子要吸收某一頻率光子答案：

C37/447、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)能降低，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)能降低，原子勢(shì)能增加D、吸收光子，電子動(dòng)能增加，原子勢(shì)能降低答案：

BC38/448、氫原子基態(tài)能級(jí)為－13.6eV，一群氫原子處于量子數(shù)n=3激發(fā)態(tài)，它們向較低能級(jí)躍遷時(shí)，放出光子能量能夠是A、1.51eV B、1.89eVC、10.2eV D、12.09eV答案：

BCD。39/44三、計(jì)算題9、設(shè)氫原子核外電子在第2條軌道和第3條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氫原能量分別是E2和E3，已知，問(wèn)氫原子吸收波長(zhǎng)為多少微米光子，才能使它電子從第2條軌道跳到第3條軌道(普朗克常量)答案：0.656

m

。40/4410、已知?dú)浔米踊鶓B(tài)電子軌道半徑為，量子數(shù)為n能級(jí)值為（1）求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能（2）有一群氫原子處于量子數(shù)n=3激發(fā)態(tài)，畫(huà)一能級(jí)圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線（3）計(jì)算這幾條光譜線中波長(zhǎng)最短