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1、第一章第一章 打开原子世界的大打开原子世界的大门门 1.1 1.1 从葡萄干面包原子模型到从葡萄干面包原子模型到 原子结构的行星模型原子结构的行星模型从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型对原子结构认识的几个重要历史阶段3.汤姆孙葡萄干面汤姆孙葡萄干面包原子模型包原子模型1.古典原古典原子论子论4.卢瑟福行星模型卢瑟福行星模型5.玻尔以来的玻尔以来的电子云模型电子云模型2.道尔顿近道尔顿近代原子论代原子论从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 中国古代中国古代惠惠施施一尺之棰，日取其半，万世不竭！一尺之棰，日取其半，万世不竭！物质被分割是有条件的，若不存在被分物质被分割是有条件的，若不存在
2、被分割条件，就不能被分割！在这种情况下割条件，就不能被分割！在这种情况下就叫做就叫做“端端”， “端端”是物质不能再分的最是物质不能再分的最小单位。小单位。墨墨子子墨墨子子物质被分割是有条件的，若不存在被分物质被分割是有条件的，若不存在被分割条件，就不能被分割！在这种情况下割条件，就不能被分割！在这种情况下就叫做就叫做“端端”， “端端”是物质不能再分的最是物质不能再分的最小单位。小单位。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 古希腊古希腊 德谟克利特（德谟克利特（ Democritus, 前前460年年-前前370年）年）德谟克利特是古希腊伟大的唯物德谟克利特是古希腊伟大的唯物主义哲学家，
3、他提出古典原子论，主义哲学家，他提出古典原子论，认为物质由极小的称为认为物质由极小的称为“原子原子”（atom）的微粒构成，物质只）的微粒构成，物质只能分割到原子为止。能分割到原子为止。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型道尔顿的原子论道尔顿的原子论u化学元素均是由不可再分的微粒构成，化学元素均是由不可再分的微粒构成，这种微粒称为原子；这种微粒称为原子；u 原子在一切变化中均保持其不可再原子在一切变化中均保持其不可再分性；分性；u 同一种元素的原子在质量和性质上同一种元素的原子在质量和性质上都相同，不同种元素在质量和性质上都都相同，不同种元素在质量和性质上都不同；不同；u 不同种元素化合时
4、，这些元素的原不同种元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。子按简单整数比结合成化合物。“近代化学之父近代化学之父”从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型Wilhelm Konrad Rntgen 威廉威廉康拉德康拉德伦琴伦琴 德国实验物理学家德国实验物理学家 1895年发现年发现X射线射线1901年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖19世纪后期，科学界的多项重大实验世纪后期，科学界的多项重大实验发现，其中包括发现，其中包括X射线、放射性和电射线、放射性和电子等的发现使人们对物质的构成、原子等的发现使人们对物质的构成、原子的结构有了越来越清晰的认识。子的结构有了越来越清晰的认
5、识。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 伦琴在实验室一待就是好几天不回家，有一天伦琴在实验室一待就是好几天不回家，有一天他妻子到实验室去看他。这时候伦琴就让他妻子把他妻子到实验室去看他。这时候伦琴就让他妻子把手放在荧光板的后面，荧光板上就出现了手骨的图手放在荧光板的后面，荧光板上就出现了手骨的图像，连结婚戒指都可以看到。当时他妻子就问他这像，连结婚戒指都可以看到。当时他妻子就问他这是什么射线，因为当时伦琴也不知道叫什么射线，是什么射线，因为当时伦琴也不知道叫什么射线，就把它叫做就把它叫做X射线，意思就是不知道是什么射线了。射线，意思就是不知道是什么射线了。此后，这种神秘的射线就被称为此后
6、，这种神秘的射线就被称为“X射线射线”。为了纪念它的发现者。为了纪念它的发现者伦琴，人们也叫它为伦琴，人们也叫它为“伦琴射线伦琴射线”。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型1896年年3月，贝克勒尔发现，与双氧月，贝克勒尔发现，与双氧铀硫酸钾盐放在一起但包在黑纸中的铀硫酸钾盐放在一起但包在黑纸中的感光底板被感光了。他推测这可能是感光底板被感光了。他推测这可能是因为铀盐发出了某种未知的辐射。同因为铀盐发出了某种未知的辐射。同年年5月，他又发现纯铀金属板也能产月，他又发现纯铀金属板也能产生这种辐射，从而确认了天然放射性生这种辐射，从而确认了天然放射性的发现。的发现。获获1903年诺贝尔物理学奖
7、。年诺贝尔物理学奖。 安东尼安东尼亨利亨利贝克勒尔贝克勒尔 Antoine Henri Becquerel 法国物理学家法国物理学家天然放射性的发现天然放射性的发现从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型玛丽亚玛丽亚斯克沃多夫斯卡斯克沃多夫斯卡-居里居里 Maria Sklodowska-Curie波兰裔法国物理学家、化学家波兰裔法国物理学家、化学家 发现镭和钋（发现镭和钋（p）两种天然放射性）两种天然放射性元素，元素，1903年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖，1911年获得诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖。她是历史。她是历史上第一个获得诺贝尔奖的女性，也是上第一个获得诺贝尔奖的女性，也
8、是第一位两次获得诺贝尔奖的科学家！第一位两次获得诺贝尔奖的科学家！出乎意外的是，在居里夫人获得诺贝出乎意外的是，在居里夫人获得诺贝尔奖之后，她并没有为提炼纯净镭的尔奖之后，她并没有为提炼纯净镭的方法申请专利，而将之公布于众，这方法申请专利，而将之公布于众，这种作法有效地推动了放射学的发展。种作法有效地推动了放射学的发展。居里夫人崇高的品德和对科学研究的居里夫人崇高的品德和对科学研究的热忠值得我们每个人学习！热忠值得我们每个人学习！ 从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 Joseph John Thomson 约瑟夫约瑟夫约翰约翰汤姆孙汤姆孙 发现了电子发现了电子1906年荣获诺贝尔物理学奖
9、年荣获诺贝尔物理学奖汤姆孙的葡萄干面包原子模型汤姆孙的葡萄干面包原子模型原子是可以再分的，原子有它的结构。原子是可以再分的，原子有它的结构。 原子是一个带正电荷的球，电子带负原子是一个带正电荷的球，电子带负电荷均匀地镶嵌在正电荷之间，就像电荷均匀地镶嵌在正电荷之间，就像葡萄干面包一样。葡萄干面包一样。原子中可能有多个电子，电子间有空原子中可能有多个电子，电子间有空隙，原子中正电荷跟负电荷相同。隙，原子中正电荷跟负电荷相同。- - - - - - - - -电子电子由于物质在通常情况下显电中性，而物质中既然存在带负电的电子，那么由于物质在通常情况下显电中性，而物质中既然存在带负电的电子，那么一定
10、存在带正电的部分。因此，英国科学家汤一定存在带正电的部分。因此，英国科学家汤姆孙提出了葡萄干面包原子模型：姆孙提出了葡萄干面包原子模型：从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 欧内斯特欧内斯特卢瑟福卢瑟福 Ernest Rutherford1908年诺贝尔化学奖获得者年诺贝尔化学奖获得者n射线：带正电粒子，氦原子射线：带正电粒子，氦原子失去电子后的正离子失去电子后的正离子 （He2+) )n做了著名的：做了著名的：粒子散射实验粒子散射实验n提出提出“原子结构的行星模型原子结构的行星模型”射线：带负电的电子流射线：带负电的电子流射线：波长很短的电磁波射线：波长很短的电磁波从葡萄干面包原子模型到
11、原子结构的行星模型 射线（氦核射线（氦核He2+） 射线（波射线（波长很短的电长很短的电磁波）磁波） 射线（电子流）射线（电子流）(+)(-)放射性射线的组成放射性射线的组成卢瑟福用强磁场作用于放射性元素镭发出的射线，射线被分成三部分：其中卢瑟福用强磁场作用于放射性元素镭发出的射线，射线被分成三部分：其中将将偏转幅度偏偏转幅度偏小带小带正电正电荷的部分称为荷的部分称为射线射线；偏转较大偏转较大带带负电荷负电荷的的电子流电子流称称为为射线射线；在磁场中；在磁场中不偏转不偏转且且穿透力极强穿透力极强的是的是射线射线，是一种波长很短的，是一种波长很短的电电磁波磁波。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行
12、星模型名称名称射线射线射线射线射线射线组成组成物质物质带电带电量量穿透穿透力力氦原子核氦原子核电子流电子流波长很短波长很短的电磁波的电磁波+2-10很小很小很大很大最强最强从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型粒子散射实验粒子散射实验 在一个小铅盒里放有少量的放射性元在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的素钋，它发出的粒子从铅盒的小孔粒子从铅盒的小孔射出形成很细的一束射线射到金箔上。射出形成很细的一束射线射到金箔上。粒子穿过金箔后，打到荧光屏上产粒子穿过金箔后，打到荧光屏上产生一个个的闪光，这些闪光可以用显生一个个的闪光，这些闪光可以用显微镜观察到。整个装置放在一个抽成微镜观察到。整
13、个装置放在一个抽成真空的容器里，荧光屏和显微镜能够围真空的容器里，荧光屏和显微镜能够围绕金箔在一个圆周上转动。绕金箔在一个圆周上转动。实验现象：实验现象：绝大多数的绝大多数的粒子不发生偏转；粒子不发生偏转；少数少数粒子发生了较大偏转；粒子发生了较大偏转；极极少数少数粒子出现大角度偏转甚至被粒子出现大角度偏转甚至被反弹回来。反弹回来。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型在葡萄干面包模型中，在葡萄干面包模型中，粒子应该穿过原子，粒子应该穿过原子，而不会发生较大偏转甚至反弹。而不会发生较大偏转甚至反弹。如何解释如何解释这个现象呢？这个现象呢？从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型卢瑟福原子行星
14、模型卢瑟福原子行星模型p在原子的中心有一个很小的原子核在原子的中心有一个很小的原子核p原子的全部正电荷且几乎全部质量均原子的全部正电荷且几乎全部质量均集中在原子核内，带负电的电子在核集中在原子核内，带负电的电子在核空间进行绕核运动。空间进行绕核运动。p 原子内部绝大部分是空的；原子内部绝大部分是空的；p原子核所带的单位正电荷数等于核外原子核所带的单位正电荷数等于核外电子数，因此，整个原子是电中性的。电子数，因此，整个原子是电中性的。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型按照经典物理学（麦克斯韦电磁理论，作按照经典物理学（麦克斯韦电磁理论，作加速运动的带电粒子会辐射电磁波）的观加速运动的带电粒
15、子会辐射电磁波）的观点去推断，在轨道上运动的电子都带有电点去推断，在轨道上运动的电子都带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，它的轨道半径要逐渐缩小，最终落在量，它的轨道半径要逐渐缩小，最终落在原子核上。由于电子轨道的变化是连续的，原子核上。由于电子轨道的变化是连续的，辐射的电磁波的频率也是连续的。辐射的电磁波的频率也是连续的。 但事实上原子是稳定的，但事实上原子是稳定的，辐射的电磁波也只是某辐射的电磁波也只是某些确定的值。经典物理些确定的值。经典物理学的规律就不再适用于学的规律就不再适用于微观粒子了。微观粒子了。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模
16、型尼尔斯尼尔斯亨利克亨利克大卫大卫玻尔玻尔Niels Henrik David Bohr 丹麦物理学家丹麦物理学家 1913年玻尔提出了自己的原子结构假说：年玻尔提出了自己的原子结构假说：p原子能量的量子化假设：原子只能处于一系列原子能量的量子化假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。原子的全部正电荷且几乎全部质量均集中在量。原子的全部正电荷且几乎全部质量均集中在原子核内，带负电的电子在核空间进行绕核运动。原子核内，带负电的电子在核空间进行
17、绕核运动。p原子能级的跃迁假设：原子从一个定态跃迁到原子能级的跃迁假设：原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。的能量由这两种定态的能量差决定。 p原子中电子运动轨道量子化假设：原子的不同原子中电子运动轨道量子化假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。由于原子能量状态对应于电子的不同运行轨道。由于原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的轨道也的能量状态是不连续的，因此电子运动的轨道也可能是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道可能是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运动上运动 从葡萄干面
18、包原子模型到原子结构的行星模型从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型玻尔理论的局限性：玻尔理论的局限性：这个理论本身仍是以经典理论为基础这个理论本身仍是以经典理论为基础,且其理论又与经典理论相且其理论又与经典理论相抵触抵触.它只能解释氢原子以及类氢原子（如锂离子等）的光谱它只能解释氢原子以及类氢原子（如锂离子等）的光谱,在解在解决其他原子的光谱时就遇到了困难决其他原子的光谱时就遇到了困难,如把理论用于其它原子时如把理论用于其它原子时,理论理论结果与实验不符结果与实验不符,且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度.这这些缺陷主要是由于把微观粒子些缺陷主要
19、是由于把微观粒子(电子电子,原子等原子等)看作是经典力学中的质看作是经典力学中的质点点,从而把经典力学规律强加于微观粒子上从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨道概念如轨道概念)而导致的。而导致的。“玻尔理论玻尔理论”的提出，打破了经典物理学一统天下的局面，开的提出，打破了经典物理学一统天下的局面，开创了揭示微观世界基本特征的前景，为创了揭示微观世界基本特征的前景，为量子理论量子理论体系奠定了基础，体系奠定了基础，这是一种了不起的创举，不愧为爱因斯坦的评价玻尔的电子壳这是一种了不起的创举，不愧为爱因斯坦的评价玻尔的电子壳层模型是思想领域中最高的音乐神韵。层模型是思想领域中最高的音乐神韵。 玻
20、尔理论的优点玻尔理论的优点: 成功解释了氢原子光谱不连续的特点。成功解释了氢原子光谱不连续的特点。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 埃尔温埃尔温薛定谔薛定谔 Erwin Schrdinger 奥地利物理学家奥地利物理学家由于由于“玻尔理论玻尔理论”的局限性，的局限性，1926年奥地利年奥地利物理学家薛定谔在德布罗伊关系式的基础上，物理学家薛定谔在德布罗伊关系式的基础上，对电子的运动做了适当的数学处理，提出了对电子的运动做了适当的数学处理，提出了二阶偏微分的的著名的薛定谔方程式。这个二阶偏微分的的著名的薛定谔方程式。这个方程式的解，如果用三维坐标以图形表示的方程式的解，如果用三维坐标以图
21、形表示的话，就是电子云。电子云是电子在原子核外话，就是电子云。电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，电子在原子空间概率密度分布的形象描述，电子在原子核外空间的某区域内出现，好像带负电荷的核外空间的某区域内出现，好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为“电子云电子云”。 电子云模型电子云模型从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型l我们不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地我们不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地方，只能知道它在某处出现的机会有多少。为此，就以单位方，只能知道它在某处出现的机会有多少。为此，就以单位体
22、积内电子出现几率，即几率密度大小，用小黑点的疏密来体积内电子出现几率，即几率密度大小，用小黑点的疏密来表示。小黑点密处表示电子出现的几率密度大，小黑点疏处表示。小黑点密处表示电子出现的几率密度大，小黑点疏处几率密度小，看上去好像一片带负电的云状物笼罩在原子核几率密度小，看上去好像一片带负电的云状物笼罩在原子核周围。周围。l电子云图上的一个小黑点，电子云图上的一个小黑点， 并不表示一个电子，而是表示并不表示一个电子，而是表示电子在某一时刻曾在此处出现一次。电子在某一时刻曾在此处出现一次。l小黑点的小黑点的疏密疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的表示电子在核外空间单位体积内出现的概率概率的大小。
23、的大小。从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 氢原子氢原子电子云图电子云图从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 科学家科学家 理论内容理论内容德谟克利特德谟克利特道尔顿道尔顿汤姆孙汤姆孙卢瑟福卢瑟福玻尔玻尔古典原子论古典原子论近代原子论近代原子论葡萄干面包模型葡萄干面包模型原子结构的行星模型原子结构的行星模型量子化的氢原子模型量子化的氢原子模型填一填填一填从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型古典原子论古典原子论道尔顿原子学说道尔顿原子学说卢瑟福原子结卢瑟福原子结构行星模型构行星模型汤姆孙葡萄干面包模型汤姆孙葡萄干面包模型大量实验大量实验观察推测观察推测电子和电子和X射射线的发现线的发现粒子散射实验粒子散射实验玻尔原子模型玻尔原子模型（量子化学）（量子化学）从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型 作业：作业：1.新课标走进新课程第一章第一节新课标走进新课程第一章第一节2. 预习预习1.2并完成练习册并完成练习册1.23.一课一练第一章第一节一课一练第一章第一节从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型
