高中物理原子的核式結(jié)構(gòu)模型課件人教版選修3-5

1、第一單元 原子的核式結(jié)構(gòu)·原子的能級,一、原子的核式結(jié)構(gòu),二、玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型,三、典型例題解析,一、原子的核式結(jié)構(gòu),1.α粒子散射實驗,2.原子的核式結(jié)構(gòu),3.原子、原子核的大小,引言,引言,引言,,湯姆生的棗糕式模型,,湯姆生的棗糕式模型,1.1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。,湯姆生的棗糕式模型,1.1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。,2.湯姆生的棗糕式模型：原子是一個球體，正電荷均

2、勻地分布在整個球內(nèi)，而電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里面。,1.α粒子散射現(xiàn)象,1.α粒子散射現(xiàn)象,絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了900,有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到1800。,演示,,,,,,,,,,α粒子,電子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,α粒子散射實驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

3、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,α粒子,電子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,α粒子散射實驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,重放,,,,,,,,,,α

4、粒子,電子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,α粒子散射實驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,重放,,,,,,,,,,α粒子,電子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,α粒子散射實驗,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.原子的核式結(jié)構(gòu),2.原子的核式結(jié)構(gòu),盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，經(jīng)過測定和計算，于1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：,在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。原子核所帶的單位正電荷數(shù)等于核外的電子數(shù)。,3.原子、原子

6、核的大小,3.原子、原子核的大小,從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核的大小約為10-15~10-14m。,3.原子、原子核的大小,從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核的大小約為10-15~10-14m。,原子的半徑大約是10-10m。,二、玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型,1.玻爾理論的主要內(nèi)容,2.氫原子的能級,引言,引言,引言,盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾,盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾,1.原子的穩(wěn)定性；,盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模

7、型與經(jīng)典電磁理論的矛盾,1.原子的穩(wěn)定性；,2.原子光譜是連續(xù)譜還是線狀譜。,1.玻爾理論的主要內(nèi)容,1.玻爾理論的主要內(nèi)容,⑴原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)。——定態(tài)假設(shè),1.玻爾理論的主要內(nèi)容,⑴原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)?！☉B(tài)假設(shè),⑵原子從一種定態(tài)躍

8、遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩定態(tài)的能量差決定，即hν=E初－E終?！S遷假設(shè),疑難辨析,,,,1.玻爾理論的主要內(nèi)容,⑴原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)?！☉B(tài)假設(shè),⑵原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩定態(tài)的能量差決定，即hν=E初－E終。——躍遷假設(shè),⑶原子的不同能量狀

9、態(tài)跟電子沿不同軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的?！壍滥芗壔僭O(shè),疑難辨析,,,,疑難辨析：,疑難辨析：,hν=E初－E終適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍進(jìn)遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發(fā)的情況，則不受此條件的限制。,疑難辨析：,hν=E初－E終適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍進(jìn)遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作

10、用而使原子激發(fā)的情況，則不受此條件的限制。,這是因為，原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射擊光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大。,疑難辨析：,hν=E初－E終適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍進(jìn)遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發(fā)的情況，則不

11、受此條件的限制。,這是因為，原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射擊光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大。,至于實物粒子和原子碰撞的情況，由于實物粒子的動能可全部或部分地為原子吸收，所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷。,2.氫原子的能級,

12、2.氫原子的能級,原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級。對于氫原子，其能級公式為：,,,,注,2.氫原子的能級,原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級。對于氫原子，其能級公式為：,對應(yīng)的軌道半徑關(guān)系為：r n = n2 r1,,,,注,2.氫原子的能級,原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級。對于氫原子，其能級公式為：,對應(yīng)的軌道半徑關(guān)系為：r n = n2 r1,其中，n稱為量子數(shù)，只能取正整數(shù)E1=－13.6eV，r1=0.53×1

13、0－10m,,,,注,補(bǔ)充說明,氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運(yùn)動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和，因為在選無窮遠(yuǎn)處電勢能為零的情況下，各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值，且其大小總大于同一定態(tài)的動能值，所以各定態(tài)能量值均為負(fù)值，因此，不能根據(jù)氫原子的能級公式 得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的錯誤結(jié)論。,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,,-

14、13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,,,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,一群氫

15、原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,,-13

16、.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為,,,,,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,[例1] 氫原子輻射一個光子后，則 （A）電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大 （B）電子的動能增大

17、 （C）氫原子電勢能增大 （D）原子的能級值增大,解析,[例1] 氫原子輻射一個光子后，則 （A）電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大 （B）電子的動能增大 （C）氫原子電勢能增大 （D）原子的能級值增大,[例2]欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是（A）用10.2eV的光子照射（B）用11eV的光子照射（C）用14eV的光子照射

18、（D）用11eV的電子碰撞,解析,解析,解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能,解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道。,解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道。,在此躍遷過程中，電場力對

19、電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。,解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道。,在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。,另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運(yùn)動的向心力即為氫核對電子的庫侖力： 可見，電子運(yùn)動半徑越小，其動能越大。,解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫

20、侖定律和向心力，⑶電勢能,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道。,在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。,另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運(yùn)動的向心力即為氫核對電子的庫侖力： 可見，電子運(yùn)動半徑越小，其動能越大。,再結(jié)合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，氫原子放出光子，輻射出一定的能量，所以原子的總能量減少。,解析：該題主要考查：⑴玻

21、爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道。,在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。,另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運(yùn)動的向心力即為氫核對電子的庫侖力： 可見，電子運(yùn)動半徑越小，其動能越大。,再結(jié)合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，氫原子放出光子，輻射出一定的能量，所以原子的總能量減少。,綜上討論，可知

22、該題只有答案（B）正確。,,解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認(rèn)識和理解.,,解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認(rèn)識和理解.,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而基態(tài)氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者。,,解析：該題主要考查

23、對玻爾理論中原子躍遷條件的認(rèn)識和理解.,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而基態(tài)氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者。,對于14eV的光子，其能量大于氫原子的電離能(13.6eV)，足以使氫原子電離——使電子脫離核的束縛而成為自由電子，因而不受氫

24、原子能級間躍遷條件的限制。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律不難知道，氫原子吸收14 eV的光子電離后產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0.4 eV的動能。,,解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認(rèn)識和理解.,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而基態(tài)氫原子只能吸收前者

25、被激發(fā)，而不能吸收后者。,對于14eV的光子，其能量大于氫原子的電離能(13.6eV)，足以使氫原子電離——使電子脫離核的束縛而成為自由電子，因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律不難知道，氫原子吸收14 eV的光子電離后產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0.4 eV的動能。,另外，用電子去碰撞氫原子時，入射電子的動能可全部或部分地為氫原子吸收，所以只要入射電子的動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)能量之差，也可使氫原子激發(fā)。,,解析：

26、該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認(rèn)識和理解.,正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而基態(tài)氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者。,對于14eV的光子，其能量大于氫原子的電離能(13.6eV)，足以使氫原子電離——使電子脫離核的束縛而成為自由電子