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1、1高三物理一轮复习选修高三物理一轮复习选修 3-5 第十八章第十八章 原子结构原子结构 第一课时 电子的发现与原子结构的探索徐舍中学：苏庆林 2009-6-14 教学目标教学目标 1通过原子结构理论的发展过程的复习讨论，使学生强化树立辩证唯物主义认识论的观点， 培养构建科学思维与研究方法 2使学生加强理解掌握在卢瑟福核式结构学说基础上的玻尔原子结构理论；能够对氢原子根 据能级（轨道）定态跃迁知识解决相关问题 3通过氢原子的电子绕核旋转和能级跃迁与卫星绕地球旋转的类比和分析讨论，提高学生应 用力、电、原子知识的综合分析能力，特别是加强从能量转化守恒观点出发分析解决问题的能力 教学重点、难点分析
2、卢瑟福的核式结构学说与波尔的原子结构理论，作为重点难点知识，学生在理解掌握上的困 难，一是不明确两种原子结构理论的区别与联系；二是对原子的定态和能级跃迁等知识的理解认识 不够透彻，以致分析解决相关问题时易混易错 教学过程设计教学过程设计 教师活动教师活动 问问 1、何人何时发现的电子电子的发现对人类认识原子结构有何意义？ 同学们回忆或看书后答出： 1897 年，英国人汤姆生研究阴极射线时发现了电子电子的发现说明原子是可分的 问问 2、电子发现后的大约 20 年内科学家们先后提出了哪几种原子结构模型？ 四种原子结构理论模型为：四种原子结构理论模型为：（1）1897 年，汤姆孙用测定比荷实验法发现
3、了电子，导致了人们对原子内部结构的探索。汤姆孙建立了原子的枣糕模型，但它不能解释 粒子散射实验。（2）卢瑟福于 1911 年提出了原子的核式结构模型，成功地解释了 粒子散射实验，但它在解释原子光谱现象时遇到困难。（3）1913 年玻尔提出了量子化的原子模型，成功地解释了氢原子光谱现象，但对于其他元素更为复杂的光谱，该模型却却不能很好的解释。（4）人们从量子化的原子模型的成功与不足中认识到玻尔理论是一种半经典的量子论，还必须对它进行改造和完善，建立一种新的理论，20 世纪 20 年代，海森堡等科学家提出“量子力学的原子理论” 。从汤姆孙到卢瑟福再到玻尔，科学家对原子结构的认识和探索是不断深入的。
4、2一、原子核式结构模型一、原子核式结构模型 1粒子散射实验 装置：如图所示 现象：绝大部分 粒子穿过金箔后沿原方向 进行，少数 粒子发生大角度偏转，极少数 粒 子的偏转角超过了 90，个别的甚至被反向弹回 2卢瑟福核式结构模型的内容 在原子的中心有一个很小很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中集中在原子核 里，带负电的电子在核外的空间运动运动 很小：大角度散射少 集中：才能产生大的斥力并弹回 运动：不运动要被俘获原子毁 灭 【例 1】 （1986 年高考全国卷）卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是，在用 粒子轰击金箔的 实验中发现， 粒子（ ） A全部穿过或发生很小偏转 B绝
5、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全都发生很大的偏转 【例 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说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动问问 3、 粒子的散射的实验使我们知道了原子具有核式结构，但电子在核的周围怎样运动？它的 能量怎样变化？我们还要继续探索。 二、氢原子光谱二、氢原子光谱1、光谱，线状谱，连续谱的概念：P54各种原子的发射光谱都是线状谱，各种原子的发射光谱都是线状谱，说明：原子只发出几
6、种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同原子的亮线位置 不同，不同，说明：不同原子的发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。2、卢瑟福的核式结构模型在解释原子光谱时遇到的矛盾是什么？ （1）绕核旋旋转的电子要不断向外辐射电磁波，能量不断减小，轨道半径不断减小。而实际上 原子是一个很稳定的系统。 （2）核式结构得出原子光谱是含一切波长的连续光谱，而实际上原子发光是不连续的，是分立 的线状谱。 这是因为宏观的经典电磁理论并不适用于微观电子的运动 三、玻尔的原子模型（量子化模型）三、玻尔的原子模型（量子化模型） 、能级、能级 1轨道量子化与能量量子化：轨道量子化与能量量子化： 围绕原子核运
7、动的电子轨道半径不是任意的，只能是某些分立的数值（符合一定条件的） ，这 种现象称为轨道量子化轨道量子化。 不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不向外辐射能量，因 此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化能量也是量子化的2氢原子的轨道和能级氢原子的轨道和能级 原子的可能状态是不连续的，各种状态对应的能量值叫做能级能级右图为氢原子的能级图 原子中具有确定能量的稳定状态，称为定态定态。能量最低的状态叫基态基态，其他状态叫激发态激发态3轨道：基态轨道半径为 r1=0.053nm，最小，最靠近原 子核。量子数为 n 的激发态轨道半径为
8、rn=n2r1 基态能量为 E1= -13.6eV 3光子的发射与吸收光子的发射与吸收 原子处于基态时最稳定，处于较高较高能级时会自发地向向 较低较低能级跃迁，经过一次会几次到达基态，跃迁时以 光子的形式放出放出能量；原子在吸收了光子后则从较低较低 能级向较高向较高能级跃迁原子在始、末两个能级 Em和 En间跃迁时发射或吸收的光子的频率 v 由下式决定：hvEmEn （mn 时发射光子，mn 时吸收光子） 4关于原子跃迁的问题关于原子跃迁的问题(1)区别是“一群原子”还是“一个原子” ，是“直接跃迁”还是“间接跃迁” ，是“跃迁”还是 “电离” ，是“入射的光子”还是“入射的电子” 。 (2)
9、把握各情况所遵循的规律。如： “一群原子”在题设条件下各种跃迁的可能性都有；而“一个原子”只能沿题设条件下可能情 况的一个途径进行跃迁。 “直接跃迁”只能对应一个能级差，发射一种频率的光子。 “间接跃迁”能对应多个能级差， 发射多种频率的光子。 “跃迁”时辐射或是吸收光子的能量由两个定态的能级差决定，而“电离”时如在第 n 到n=所需要的能量，即：0=（对于氢原子对于氢原子.E1=13.6eV）21 nE21 nE【例 1】玻尔在提出他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圆轨道绕核运动相对应，而
10、电子的可能轨道分布是不连续的 C电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，需要吸收或辐射一定频率的光子 D电子跃迁时辐射光子频率等于电子绕核圆运动的频率 【例 2】对玻尔理论的评价和议论，正确的是（ ） A玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统 B玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础 C玻尔理论的成功之处是引入量子观念 D玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念 【例 3】氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为 1.62eV3.11eV下列说法错误错误 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
11、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 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 种不同频率的可见光 四、玻尔模型的局限性四、玻尔模型的局限性 玻尔模型成功的解释了氢原子光谱的实验规律，但对于其他元素更为复杂的光谱，该模型却却 不能很好的解释。这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的规律。它的不足在于保留了“轨道” 等经典粒子的观念。玻尔理论是一种半经典的量子论。 现代物理学提出了“量子力学原子理论” 。用“电子云”描述电子在原子核周围出现的概率密4度。 课后作业课后作业
12、 一、选择题 1在 粒子散射实验中，当 粒子最接近金原子核时， 粒子符合下列哪种情况？ A动能最小 B电势能最小 C 粒子与金原子核组成的系统的能量最小 D所受原子核的斥力最大 2卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子结构的正确图景，能解决的问题有 A解释 粒子散射现象 B用 粒子散射数据估算原子核的大小 C结合经典电磁理论解释原子的稳定性 D结合经典电磁理论解释氢光谱 3根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，则 A原子的能量增加，电子的动能减少 B原子的能量增加，电子的动能增加 C原子的能量减少，电子的动能减少 D原子的能量减少，电子的动能增加 4关于玻尔的原子模型，下列说法
13、中正确的有 A它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说 B它发展了卢瑟福的核式结构学说 C它完全抛弃了经典的电磁理论 D它引入了普朗克的量子理论 5按照玻尔理论、当氢原子中电子由半径为 r a的圆轨道跃迁到半径为 r b的圆轨道上，若 r br a，则在跃迁过程中 A氢原子要吸收一系列频率的光子 B氢原子要辐射一系列频率的光子 C氢原子要吸收某一频率的光子 D氢原子要辐射某一定频率的光子 6处于基态的氢原子被一束单色光照射后，共发出三种频率分别为 v1、v2、v3的光子，且 v1v2v3，则入射光子的能量应为 Ahv1 Bhv2 Chv3 Dh（v1+v2+v3） 二、非选择题 7氢原子从能级 A 跃迁到能级 B 时，辐射出波长为 1的光子，从能级 A 跃迁到能级 C 时，辐射 出波长为 2的光子若 12，则氢原子从能级 B 跃迁到能级 C 时，将_光子，光子波长 为_
