第一课时 原子结构.ppt

一、卢瑟福的核式结构一、卢瑟福的核式结构一、卢瑟福的核式结构一、卢瑟福的核式结构 1897189718971897年汤姆生发现了电子年汤姆生发现了电子年汤姆生发现了电子年汤姆生发现了电子，说明原子内还有带正电的物质。，说明原子内还有带正电的物质。，说明原子内还有带正电的物质。，说明原子内还有带正电的物质。1 1、汤姆逊的原子结构模型汤姆逊的原子结构模型汤姆逊的原子结构模型汤姆逊的原子结构模型 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像 “枣糕枣糕枣糕枣糕”里的枣子那样镶嵌在原子里。里的枣子那样镶嵌在原子里。里的枣子那样镶嵌在原子里。里的枣子那样镶嵌在原子里。（1 1）、实验器材：放射源、）、实验器材：放射源、）、实验器材：放射源、）、实验器材：放射源、金泊、荧光屏、显微镜，金泊、荧光屏、显微镜，金泊、荧光屏、显微镜，金泊、荧光屏、显微镜，整个装置放在一个真空容整个装置放在一个真空容整个装置放在一个真空容整个装置放在一个真空容器内。器内。器内。器内。研究方法：用高速的粒子去轰击物体，研究方法：用高速的粒子去轰击物体，然后观察现象，得出结论。然后观察现象，得出结论。1、粒子散射实验粒子散射实验 用用粒子轰击金箔，粒子轰击金箔，(1)结果结果大多数大多数粒子穿过金箔后沿原方向前进，粒子穿过金箔后沿原方向前进，(2)少数少数粒子发生了较大的偏转，粒子发生了较大的偏转，(3)极少数极少数粒子偏转角度超过粒子偏转角度超过90，(4)有的甚至被弹回有的甚至被弹回.实验结果：实验结果：2 2、汤姆逊的原子结构模型汤姆逊的原子结构模型汤姆逊的原子结构模型汤姆逊的原子结构模型 的缺陷的缺陷的缺陷的缺陷 电子质量小，像尘埃；电子质量小，像尘埃；电子质量小，像尘埃；电子质量小，像尘埃；粒子质量大粒子质量大粒子质量大粒子质量大(7000(7000(7000(7000倍），倍），倍），倍），像子弹，具有较大的动能。像子弹，具有较大的动能。像子弹，具有较大的动能。像子弹，具有较大的动能。正电荷均匀分布作用力抵消正电荷均匀分布作用力抵消正电荷均匀分布作用力抵消正电荷均匀分布作用力抵消 汤姆生原子模型不能解汤姆生原子模型不能解汤姆生原子模型不能解汤姆生原子模型不能解释释释释粒子的散射实验结果中粒子的散射实验结果中粒子的散射实验结果中粒子的散射实验结果中的大角度散射现象，因而被的大角度散射现象，因而被的大角度散射现象，因而被的大角度散射现象，因而被否定否定否定否定 原子和原子核的大小：原子的大小数量原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是级大约是1010-10-10m m，原子核的大小数量级在原子核的大小数量级在1010-15-151010-14-14m m之间之间.在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原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。里带负电的电子在核外空间绕着核旋转。原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力是核对它的库仑力.卢瑟福的原子核式结构；卢瑟福的原子核式结构；现象现象现象现象说明说明说明说明 粒粒粒粒子子子子绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数不偏转；不偏转；不偏转；不偏转；原原原原因因因因是是是是它它它它们们们们运运运运动动动动过过过过程程程程中中中中没没没没有有有有受受受受到到到到阻阻阻阻碍，说明原子内几乎是碍，说明原子内几乎是碍，说明原子内几乎是碍，说明原子内几乎是“空空空空”的的的的 粒粒粒粒子子子子少少少少数数数数发发发发生生生生较大偏转；较大偏转；较大偏转；较大偏转；说说说说明明明明有有有有带带带带正正正正电电电电的的的的物物物物质质质质对对对对粒粒粒粒子子子子产产产产生生生生库仑斥力的作用库仑斥力的作用库仑斥力的作用库仑斥力的作用 粒粒粒粒子子子子极极极极小小小小数数数数发发发发生大角度偏转。生大角度偏转。生大角度偏转。生大角度偏转。它它它它们们们们和和和和某某某某种种种种物物物物质质质质发发发发生生生生了了了了撞撞撞撞击击击击，而而而而且且且且这种物质占据了很小的空间这种物质占据了很小的空间这种物质占据了很小的空间这种物质占据了很小的空间卢瑟福成功解释卢瑟福成功解释卢瑟福成功解释卢瑟福成功解释 粒子散射现象粒子散射现象粒子散射现象粒子散射现象例例1 1对对粒子散射粒子散射实验实验装置的描述，你装置的描述，你认为认为正确的有正确的有:（)A A实验实验器材有放射源、金箔、器材有放射源、金箔、荧荧光屏、光屏、显显微微镜镜；B B金箔的厚度金箔的厚度对实验对实验无影响；无影响；C C如果不用金箔改用如果不用金箔改用铝铝箔，就不会箔，就不会发发生散射生散射现现象；象；D D实验装置放在空气中和真空中都可以。实验装置放在空气中和真空中都可以。E.E.使使粒子粒子发发生明生明显显偏偏转转的力是来自的力是来自带带正正电电的核及核外的核及核外电电 子，当子，当粒子接近核粒子接近核时时是核的推斥力使是核的推斥力使粒子粒子发发生明生明显显 偏偏转转，当，当粒子接近粒子接近电电子子时时，是，是电电子的吸引力使之子的吸引力使之发发生生 明明显显偏偏转转；F F实验实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积积 的极小部分；的极小部分；D D实验实验表明原子中心的核表明原子中心的核带带有原子的全部正有原子的全部正电电及全部及全部质质 量。量。AFD卢瑟福的困难：卢瑟福的困难：电子在原子核外绕原子核做高速的旋转。电子在原子核外绕原子核做高速的旋转。经典电磁理论的矛盾：（经典电磁理论的矛盾：（1 1）经典电磁理论对原子核）经典电磁理论对原子核式结构的解释中认为，原子是不稳定的，电子绕核旋式结构的解释中认为，原子是不稳定的，电子绕核旋转，并不断向外辐射电磁波，因此电子的能量不断衰转，并不断向外辐射电磁波，因此电子的能量不断衰减，最终电子陨落到原子核上；事实上原子是稳定的减，最终电子陨落到原子核上；事实上原子是稳定的.（2 2）经典电磁理论认为原子发射的光谱，由于原子）经典电磁理论认为原子发射的光谱，由于原子能量逐渐衰减，因此其辐射的电磁波的频率应当是连能量逐渐衰减，因此其辐射的电磁波的频率应当是连续的；事实上原子发生产生的光谱是不连续的续的；事实上原子发生产生的光谱是不连续的.4 4、原子从一种定态、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，跃迁到另一种定态时，它它辐射（或吸收辐射（或吸收）一定频率的）一定频率的光子光子，光子，光子的能量由这两种定态的的能量由这两种定态的能量差能量差决定，即决定，即二、玻尔的原子模型二、玻尔的原子模型二、玻尔的原子模型二、玻尔的原子模型1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这些现象叫做某些分立的数值，这些现象叫做轨道量子化轨道量子化；3、不同的轨道对应着不同的状态，尽管电、不同的轨道对应着不同的状态，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些些状态状态是是稳定稳定的；的；2、原子在不同的状态（轨道）之中具有、原子在不同的状态（轨道）之中具有不同的能量，所以原子的不同的能量，所以原子的能量能量也是也是量子化量子化的。的。玻尔玻尔E初 E终 h v（不同轨道不同轨道不同状态不同状态不同能量）不同能量）（量子化（量子化不连续）不连续）-13.6氢原子的能级图：氢原子的能级图：-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE吸收能量放出能量（轨道越高，总能量越大，势能越大，动能越小。）（轨道越高，总能量越大，势能越大，动能越小。）（轨道越高，总能量越大，势能越大，动能越小。）（轨道越高，总能量越大，势能越大，动能越小。）2 2、基态：这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫、基态：这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态基态。（n是正整数，叫是正整数，叫量子数量子数。）。）三、能级：三、能级：1 1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。（从能、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。（从能 级图中总结各定态的能量特点）级图中总结各定态的能量特点）3 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态激发态。（缺陷：只能解释氢原子光谱）（缺陷：只能解释氢原子光谱）四、电子云四、电子云原子中的电子，在空间出现的位置及运动，无法用坐标和轨原子中的电子，在空间出现的位置及运动，无法用坐标和轨迹表示，各处出现的概率只能用云雾状的图表示，称为电子云。迹表示，各处出现的概率只能用云雾状的图表示，称为电子云。例例1、根据玻尔理论，若电子、根据玻尔理论，若电子E初初E末末，则：，则：A、电子跃迁时，释放光子表现为发光现象电子跃迁时，释放光子表现为发光现象B、电子跃迁时，吸收光子，其他物体发出的光被原子吸收电子跃迁时，吸收光子，其他物体发出的光被原子吸收C、若氢原子处于基态，提供一个若氢原子处于基态，提供一个1.1ev的能量，氢原子的电的能量，氢原子的电子将跃迁子将跃迁D、若氢原子的电子在激发态若氢原子的电子在激发态2到到4之间跃迁，能得到之间跃迁，能得到3种颜色种颜色的光的光例例2、处于、处于n=1的氢原子，下列能量可以被吸收的是的氢原子，下列能量可以被吸收的是A、13.6evB、10.2evC、12.29evD、3.4ev 例例3、一个氢原子处于第、一个氢原子处于第3能级时，外面射来一个波长为能级时，外面射来一个波长为6.6310-7m的光子，下列说法正确的是的光子，下列说法正确的是A、氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子。氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子。B、氢原子被电离，电离后的电子动能约为氢原子被电离，电离后的电子动能约为0.36ev。C、氢原子被电离，电离后的电子动能为氢原子被电离，电离后的电子动能为0。D、氢原子吸收光子，但不电离。氢原子吸收光子，但不电离。四四.能量吸收能量吸收1.原子没电离原子没电离E光光=Em-En若若m是正整数是正整数,此光子的能量可以被吸收此光子的能量可以被吸收.2.原子被电离原子被电离任何数值的光子能量都能被吸收任何数值的光子能量都能被吸收.被电离出来的电子动能被电离出来的电子动能:EK=hv-W(W=E-En)光光子子提提供供能能量量电子电子提供提供能量能量:任何能量都能被吸收任何能量都能被吸收.（1）能级公式）能级公式En=E1/n2=-13.6/n2(eV)几个重要的关系式几个重要的关系式（2）跃迁公式）跃迁公式h=E2-E1（3）半径公式）半径公式rn=n2r1=0.5310-10n2(m)（4）动能跟动能跟n的关系的关系由由ke2/rn2=mv2/rn得得EKn=1/2mvn2=ke22rn1/n2（5）速度跟）速度跟n的关系的关系（6）周期跟）周期跟n的关系的关系关系式（关系式（5）（）（6）跟卫星绕地球运转的情况相似。）跟卫星绕地球运转的情况相似。返回返回氢光谱0.41010.65620.48610.4340m返回返回四四.玻玻尔尔理论的局限性：理论的局限性：玻尔理论能够十分圆满地解释氢光谱并玻尔理论能够十分圆满地解释氢光谱并且预言了氢原子辐射电磁波谱的问题，其成且预言了氢原子辐射电磁波谱的问题，其成功之处在于引进了量子化的观点；但是，在功之处在于引进了量子化的观点；但是，在解释其它原子光谱时遇到了很大的困难，因解释其它原子光谱时遇到了很大的困难，因为玻尔理论过多地保留了经典理论。为玻尔理论过多地保留了经典理论。牛顿力学只适用于低速运动（相对于光牛顿力学只适用于低速运动（相对于光速）的宏观物体，对于微观粒子的运动，牛速）的宏观物体，对于微观粒子的运动，牛顿力学不适用了。顿力学不适用了。返回返回一切运动着的物体，小到电子、质子，大到一切运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波跟它对应，这种波叫行星、太阳，都有一种波跟它对应，这种波叫做物质波。（德布罗意波）做物质波。（德布罗意波）五五.物质波物质波德布罗意公式德布罗意公式=h/p=h/mv返回返回四、电子云四、电子云原子中的电子，在空间出现的位置及运动，无法用坐标和轨原子中的电子，在空间出现的位置及运动，无法用坐标和轨迹表示，各处出现的概率只能用云雾状的图表示，称为电子云。迹表示，各处出现的概率只能用云雾状的图表示，称为电子云。例例1 1、玻尔原子模型中所做的假设有、玻尔原子模型中所做的假设有 （）A A、原子处于定态的能量状态时，虽然电子做原子处于定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量。加速运动，但并不向外辐射能量。B B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的。连续的。C C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子。（或吸收）一定频率的光子。D D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率。核做圆周运动的频率。ABC返回返回例例2 2、按照玻尔理论、按照玻尔理论,氢原子处在量子数为氢原子处在量子数为 n=2n=2和和n=3n=3的定态时的定态时,其相应的原子能量的绝其相应的原子能量的绝对值之比对值之比E2:E3=_=_94返回返回【例例6】已知氢原子在基态时电子轨道半径已知氢原子在基态时电子轨道半径r1=0.5310-10-10 m，能量为能量为E1=-13.6eV。静电力常量为静电力常量为k=9109 9Nm2 2/C2 2，普朗克常量为普朗克常量为h=6.6310-34-34 Js。求：（求：（1）电子在基态轨道上运动的动能；）电子在基态轨道上运动的动能；（2）氢原子处于第四能级的激发态跃迁到第二能级的激）氢原子处于第四能级的激发态跃迁到第二能级的激发态时，辐射的光波的波长是多少？发态时，辐射的光波的波长是多少？【解答解答】（1）电子绕核做圆周运动所需的向心力由库仑力提供。即：）电子绕核做圆周运动所需的向心力由库仑力提供。即：可见基态轨道上运动的动能跟总能量可见基态轨道上运动的动能跟总能量-13.6eV的绝对值相等，的绝对值相等，而电势能为：而电势能为：EP=E-EK=-27.2eV其绝对值恰好为动能的其绝对值恰好为动能的2倍倍（2）氢原子从第四能级跃迁到第二能级时）氢原子从第四能级跃迁到第二能级时据玻尔理论的跃迁假设有：据玻尔理论的跃迁假设有：返回返回下面说法正确的是下面说法正确的是（）（A光子射到金属表面时，可能有电子发出光子射到金属表面时，可能有电子发出（B）光子射到金属表面时，一定有电子发出光子射到金属表面时，一定有电子发出（C）电子轰击金属表面时，可能有光子发出电子轰击金属表面时，可能有光子发出（D）电子轰击金属表面时，一定没有光子发出电子轰击金属表面时，一定没有光子发出AC2002年全国高考年全国高考1.返回返回例例3 3、如图给出氢原子最低的四个能级，大量如图给出氢原子最低的四个能级，大量氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有种，其中最小的频率等于最多有种，其中最小的频率等于赫（保留两个数字）赫（保留两个数字）。h=6.631034JSE（eV）3.42 21.513 30.854 413.61 1n61.61014返回返回1998年全国高考年全国高考20.处于基态的氢原子在某单色光束照射下，处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为只能发出频率为1，2，3的三种光，且的三种光，且123，则该照射光的光子能量为则该照射光的光子能量为A.h1B.h2C.h3D.h（1+2+3）E（eV）3.42 21.513 30.854 413.61 1nC返回返回处处于于基基态态的的一一群群氢氢原原子子受受某某种种单单色色光光的的照照射射时时，只发射波长为只发射波长为的三种单色光，且的三种单色光，且，则照射光的波长为，则照射光的波长为()1.513.4E（eV）2 23 313.61 1n132D2002年年全国全国高考试题高考试题3返回返回例例4、氢原子的能级公式可简化为氢原子的能级公式可简化为E En n=13.613.6n n2 2电子伏电子伏,其中其中n=1n=1、2 2、3 3。有一群处于基态的氢原子有一群处于基态的氢原子,其中跃迁到其中跃迁到n=2n=2、3 3、4 4 激发态的氢原子吸收能量分别为激发态的氢原子吸收能量分别为 ，。处于这些激发态的氢。处于这些激发态的氢原子在跃迁过程中可能发出种不同频率光原子在跃迁过程中可能发出种不同频率光,最短波长等于最短波长等于10.2eV12.09eV12.75eV61.0107米米返回返回例例5、欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是：行的是：（）A.用用10.2eV的光子照射的光子照射.B.用用11.5eV的光子照射的光子照射.C.用用14eV的光子照射的光子照射.D.用用11.5eV的电子碰撞的电子碰撞.E.用用10eV的电子碰撞的电子碰撞.提示提示：原子的跃迁公式只适用于光子和原子作用而：原子的跃迁公式只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况使原子在各定态之间跃迁的情况;ACD光子和原子作用而使原子电离时则不受此条件的限制光子和原子作用而使原子电离时则不受此条件的限制实物粒子与原子相互作用而使原子激发时，实物粒子与原子相互作用而使原子激发时，粒子的能量也不受上述条件的限制。粒子的能量也不受上述条件的限制。返回返回根据玻尔理论，氢原子由外层轨道跃迁根据玻尔理论，氢原子由外层轨道跃迁到内层轨道后到内层轨道后A.原子的能量增加，电子的动能减小原子的能量增加，电子的动能减小B.原子的能量增加，电子的动能增加原子的能量增加，电子的动能增加C.原子的能量减少，电子的动能减小原子的能量减少，电子的动能减小D.原子的能量减少，电子的动能增加原子的能量减少，电子的动能增加D1996年年全国高考全国高考返回返回03年江苏高考年江苏高考9原原子子从从一一个个能能级级跃跃迁迁到到一一个个较较低低的的能能级级时时，有有可可能能不不发发射射光光子子，例例如如在在某某种种条条件件下下，铬铬原原子子的的n=2能能级级上上的的电电子子跃跃迁迁到到n=1能能级级上上时时并并不不发发射射光光子子，而而是是将将相相应应的的能能量量转转交交给给n=4能能级级上上的的电电子子，使使之之能能脱脱离离原原子子，这这一一现现象象叫叫做做俄俄歇歇效效应应，以以这这种种方方式式脱脱离离了了原原子子的的电电子子叫叫做做俄俄歇歇电电子子，已已知知铬铬原原子子的的能能级级公公式式可可简简化化表表示示为为式式中中n=1，2，3表表示示不不同同能能级级，A是是正正的的已已知知常常数数，上上述述俄俄歇歇电电子子的的动能是动能是（）（）A3A/16B7A/16C11A/16D13A/16解解：n=2跃迁到跃迁到n=1能级时放出能量为能级时放出能量为E0=3A/4处于处于n=4能级的电子吸收能量为能级的电子吸收能量为A/16可以电离可以电离EK=3A/4+（-A/16）=+11A/16C返回返回图示为氢原子的能级图，用光子能量为图示为氢原子的能级图，用光子能量为13.07eV的光照射一群处于基态的氢原子，的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子可能观测到氢原子发射的不同波长的发射的不同波长的光有多少种？光有多少种？A.15B.10C.4D.104年广东年广东1E（eV）3.42 21.513 30.854 4n0.545 50.386 60-13.611 1B返回返回04年湖北理综年湖北理综1414现现有有1200个个氢氢原原子子被被激激发发到到量量子子数数为为4的的能能级级上上，若若这这些些受受激激氢氢原原子子最最后后都都回回到到基基态态，则则在在此此过过程程中中发发出出的的光光子子总总数数是是多多少少？假假定定处处在在量量子子数数为为n的的激激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在在该该激激发发态态能能级级上上的的原原子子总总数数的的。（）A2200B2000C1200D2400A返回返回04年北京年北京17A40.8eVB43.2evC51.0eVD54.4eV17氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=54.4eV，氦离氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）-3.4eV-6.0eV-13.6eV-54.4eVE50E4E3E2E1B返回返回例例7、已知钠原子在、已知钠原子在A、B、C、D、E几个能级间跃迁时辐射几个能级间跃迁时辐射的波长分别为：的波长分别为：589nm(BA)，330nm(CA)，285nm(DA)，514nm(EB)。试作出钠原子在这几个能量范围的能级试作出钠原子在这几个能量范围的能级图。（设最高能级为图。（设最高能级为0）解：先由解：先由=c/E=h计算各个波长对应的频率和能量值计算各个波长对应的频率和能量值nm1014 HzEeV589330285514BACADAEB5.099.0910.55.842.103.754.352.41EA的能量为的能量为2.41+2.10=4.51eV可见可见E的能量最高为的能量最高为0，A的能量最低为的能量最低为4.51eV，B的能量为的能量为-4.51+2.10=-2.41eV，C的能量为的能量为-4.51+3.75=-0.76eV，D的能量为的能量为-4.51+4.35=-0.16eV-50-1-2-3-4EeV0A4.51-2.41BC-0.76D-0.16返回返回