原子结构氢原子光谱教学提纲.ppt
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1、第第2 2课时课时 原子结构原子结构 氢原子光谱氢原子光谱考点考点(ko din)(ko din)自清自清一、电子的发现一、电子的发现1.1.阴极射线的发现阴极射线的发现 19 19世纪世纪,科学家研究稀薄气体放电科学家研究稀薄气体放电,发现阴极发发现阴极发 出一种射线出一种射线 .2.2.电子的发现电子的发现 汤姆孙确定阴极射线是由带负电的汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成粒子组成,并并 测定出它的比荷测定出它的比荷 ,之后用油滴实之后用油滴实验测定了它验测定了它 的电荷量的电荷量,确定它是组成各种物质的确定它是组成各种物质的基本成分基本成分,称之为称之为 .3.3.电子的发现说明原子也
2、是可再分的电子的发现说明原子也是可再分的.阴极射线阴极射线(yn j sh xin)电子电子(dinz)第一页,共45页。二、原子结构二、原子结构1.1.实验基础实验基础:粒子散射实验粒子散射实验用用粒子轰击金粒子轰击金 箔箔,发现大多数发现大多数粒子直进粒子直进,少数发生偏转少数发生偏转,极少极少 数发生大角度偏转数发生大角度偏转,个别的发生反弹个别的发生反弹.2.2.原子结构原子结构:在原子中心有一个很小的核在原子中心有一个很小的核(原子核原子核),),原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里子核里,带负电的电子在核外绕核旋转带负电的电子在核
3、外绕核旋转.3.3.原子核的大小原子核的大小:直径数量级在直径数量级在10-14 m10-14 m10-15 m10-15 m以以 下下,原子大小数量级为原子大小数量级为10-10 m.10-10 m.4.4.核外电子的运动核外电子的运动(yndng):(yndng):由原子核对核外电子的由原子核对核外电子的 作为核外电子绕核旋转的向心力作为核外电子绕核旋转的向心力.库仑库仑(kln)(kln)力力第二页,共45页。三、光谱和光谱分析三、光谱和光谱分析1.1.光谱光谱:用光栅和棱镜可以把光按波长展开用光栅和棱镜可以把光按波长展开.获得获得 光的波长光的波长(频率频率)成分和成分和 的记录的记录
4、,即光谱即光谱.2.2.线状谱线状谱:有些光谱是一条条的亮线有些光谱是一条条的亮线,这样的光谱这样的光谱 叫线状谱叫线状谱.3.3.连续谱连续谱:有些光谱是连在一起的光带有些光谱是连在一起的光带,叫连续谱叫连续谱.4.4.光谱分析光谱分析:每种原子都有自己每种原子都有自己(zj)(zj)的特征谱线的特征谱线,可以可以 利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分,这种这种 方法叫光谱分析方法叫光谱分析.强度强度(qingd(qingd)分布分布第三页,共45页。四、氢原子光谱四、氢原子光谱 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公其
5、波长公 式式 (n=3,4,5,)(n=3,4,5,)可见可见n n取整数取整数,不不 能取连续值能取连续值,故波长也只能是分立的值故波长也只能是分立的值.五、玻尔理论五、玻尔理论1.1.玻尔理论玻尔理论 (1)(1)轨道量子化轨道量子化:电子绕核运动的轨道电子绕核运动的轨道 的的.(2)(2)能量状态量子化能量状态量子化:原子只能处于一系列不连原子只能处于一系列不连 续的能量状态中续的能量状态中.能量最低的状态叫能量最低的状态叫 ,其他状态叫其他状态叫 .(3)(3)跃迁假说跃迁假说(ji shu):(ji shu):原子从一种定态跃迁到另一原子从一种定态跃迁到另一种定种定 态要辐射态要辐射
6、(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子,即即h=h=(mn).(mn).不连续不连续(linx(linx)基态基态(j(j ti)ti)激发态激发态E Em m-E En n第四页,共45页。2.2.氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径 (1)(1)氢原子的能级公式氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,),:En=E1(n=1,2,3,),其中其中(qzhng)E1(qzhng)E1为基态能量为基态能量E1=-13.6 eV.E1=-13.6 eV.(2)(2)氢原子的半径公式氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),:rn=n2r1(n=1,2,3,),其其
7、 中中r1r1为基态半径为基态半径,又称玻尔半径又称玻尔半径r1=0.5310-10 r1=0.5310-10 m.m.3.3.氢原子的能级图氢原子的能级图,如图如图1 1所示所示.图图1 1第五页,共45页。4.4.弗兰克弗兰克赫兹实验赫兹实验 (1)(1)如果原子的能级是分立的如果原子的能级是分立的,那么用碰撞的方那么用碰撞的方 式使原子吸收的能量式使原子吸收的能量,即其他粒子转移给原子的即其他粒子转移给原子的 能量能量,也应该是也应该是 的的.(2)1914 (2)1914年年,弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子,发现电子损失的能量发现电子损失的能量,也就是汞原
8、子吸收的能量也就是汞原子吸收的能量,是分立的是分立的,从而证明汞原子的能量是量子化的从而证明汞原子的能量是量子化的.5.5.玻尔理论的成功、局限和电子云玻尔理论的成功、局限和电子云 玻尔的成功之处在于引入了玻尔的成功之处在于引入了 观念观念,局限之局限之 处在于保留了过多的经典理论处在于保留了过多的经典理论.电子云电子云:电子云是描述电子在原子核外各区域出电子云是描述电子在原子核外各区域出 现的几率的状况现的几率的状况,为直观起见为直观起见,把电子的这种几把电子的这种几 率分布率分布(fnb)(fnb)状况用图象表示时状况用图象表示时,这种图象所显示的这种图象所显示的结结 果有如电子在原子核周
9、围形成的云雾果有如电子在原子核周围形成的云雾,故称电子云故称电子云.量子化量子化量子量子(li(lingzngz)第六页,共45页。热点热点(r din)(r din)聚焦聚焦热点热点(r din)(r din)一一 三个原子模型的对三个原子模型的对比比实验基础实验基础结构差异结构差异成功和局限成功和局限“枣糕枣糕”模型模型电子的电子的发现发现带正电物质均带正电物质均匀分布在原子匀分布在原子内内,电子镶嵌其电子镶嵌其中中解释了一些实验事解释了一些实验事实实,无法说明无法说明粒子粒子散射实验散射实验核式结核式结构模型构模型粒子散粒子散射实验射实验全部正电荷和全部正电荷和几乎全部质量几乎全部质量集
10、中在核里集中在核里,电电子绕核旋转子绕核旋转成功解释了成功解释了粒子粒子散射实验散射实验,无法解释无法解释原子的稳定性与原原子的稳定性与原子光谱的分立特征子光谱的分立特征玻尔的原玻尔的原子模型子模型氢原子光氢原子光谱的研究谱的研究在核式结构模在核式结构模型基础上型基础上,引入引入量子化观点量子化观点成功解释了氢原子成功解释了氢原子光谱光谱,无法解释较复无法解释较复杂的原子光谱杂的原子光谱第七页,共45页。特别提示特别提示 认识原子结构的线索认识原子结构的线索:气体放电的研究气体放电的研究 阴极阴极 射线射线(shxin)(shxin)发现电子发现电子 汤姆孙的汤姆孙的“枣糕枣糕”模型模型 卢瑟
11、福核式结构模型卢瑟福核式结构模型 玻尔模型玻尔模型.氢原子光谱的研究氢原子光谱的研究粒子散射实验粒子散射实验第八页,共45页。热点二热点二 对原子跃迁条件的理解对原子跃迁条件的理解1.1.原子从低能级向高能级跃迁原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光吸收一定能量的光 子子,当一个光子当一个光子(gungz)(gungz)的能量满足的能量满足h=Eh=E末末-E-E初时初时,才能才能 被某一个原子吸收被某一个原子吸收,使原子从低能级使原子从低能级E E初向高能初向高能级级 E E末跃迁末跃迁,而当光子而当光子(gungz)(gungz)能量能量hh大于或小大于或小于于E E末末-E-E初时初
12、时 都不能被原子吸收都不能被原子吸收.2.2.原子从高能级向低能级跃迁原子从高能级向低能级跃迁,以光子以光子(gungz)(gungz)的形式向外的形式向外 辐射能量辐射能量,所辐射的光子所辐射的光子(gungz)(gungz)能量恰等于能量恰等于发生跃迁时发生跃迁时 的两能级间的能量差的两能级间的能量差.第九页,共45页。3 3.原原子子吸吸收收能能量量的的原原则则是是吸吸收收的的能能量量恰恰好好等等于于某某 两两个个能能级级之之差差,或或者者是是吸吸收收能能量量大大于于或或等等于于其其电电 离离能能,使使电电子子成成为为自自由由电电子子;所所以以(s su u y y)当当原原子子吸吸收收
13、光光 子子 时时,由由于于光光子子不不可可分分,故故其其必必须须选选择择能能量量满满足足 上上述述原原则则的的光光子子;当当原原子子吸吸收收实实物物粒粒子子(如如电电子子)的的能能量量时时,原原子子可可以以根根据据“需需 要要”吸吸收收其其中中的的一一 部部 分分 能能 量量,也也即即吸吸收收实实物物粒粒子子的的能能量量没没有有条条件件 限限制制.第十页,共45页。特别提示特别提示 (1)(1)原子跃迁条件原子跃迁条件h=Em-Enh=Em-En只适用于光子和原只适用于光子和原 子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.对于对于(duy)(duy)光子和原子作用
14、而使原子电离时光子和原子作用而使原子电离时,只要入射光的只要入射光的 能量能量E13.6 eV,E13.6 eV,原子就能吸收原子就能吸收.对于对于(duy)(duy)实实物粒子物粒子 与原子作用使原子激发时与原子作用使原子激发时,粒子能量大于或等于粒子能量大于或等于 能级差即可能级差即可.(2)(2)原子跃迁发出的光谱线条数原子跃迁发出的光谱线条数N=C2n=,N=C2n=,是一群氢原子是一群氢原子,而不是一个而不是一个,因为某一个氢原子因为某一个氢原子 有固定的跃迁路径有固定的跃迁路径.第十一页,共45页。热点三热点三 氢原子中电子运动氢原子中电子运动(yndng)(yndng)的有关计算
15、的有关计算 氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子 轨道轨道,电子绕核做圆周运动电子绕核做圆周运动(yndng)(yndng)的动能和的动能和系统的电势系统的电势 能之和即为原子的能量能之和即为原子的能量,即即En=Ek+Ep.En=Ek+Ep.(1)(1)电子运动电子运动(yndng)(yndng)的速度、周期、动能与的速度、周期、动能与半径的关系半径的关系 由库仑力提供向心力由库仑力提供向心力k k 电子速度电子速度vn=vn=第十二页,共45页。电子运动周期电子运动周期Tn=Tn=电子的动能电子的动能(dngnng)Ekn=(dngnng)Ekn
16、=(2)(2)系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断:靠近核靠近核,库仑力对电子做正功库仑力对电子做正功,系统电势能减小系统电势能减小;远离核远离核,库仑力对电子做负功库仑力对电子做负功,系统电势能增加系统电势能增加.第十三页,共45页。题型探究题型探究题型题型1 1 粒子散射实验的理解粒子散射实验的理解【例【例1 1】(1)(1)关于原子结构理论与关于原子结构理论与粒粒子散射实验子散射实验 的关系的关系(gun x),(gun x),下列说法正确的下列说法正确的是是 ()()A.A.卢瑟福做卢瑟福做粒子散射实验是为了粒子散射实验是为了验证汤姆孙验证汤姆孙
17、 的枣糕模型是错误的的枣糕模型是错误的 B.B.卢瑟福认识到汤姆孙卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型枣糕模型”的错误后的错误后 提出了提出了“核式结构核式结构”理论理论 C.C.卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验是为了粒子散射实验是为了验证核式结验证核式结 构理论的正确性构理论的正确性 D.D.卢瑟福依据卢瑟福依据粒子散射实验的现粒子散射实验的现象提出了原象提出了原 子的子的“核式结构核式结构”理论理论第十四页,共45页。(2)(2)在在粒子散射实验中粒子散射实验中,粒子的偏转是由于粒子的偏转是由于 受到原子内正电荷的库仑力而发生的受到原子内正电荷的库仑力而发生的.实验中即实验中即 使使1 mm1 mm厚
18、的金箔也大约有厚的金箔也大约有3 3003 300层原子层原子,但绝大但绝大 多数的多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,只有少数发生了大角度偏转只有少数发生了大角度偏转,这说明了什么这说明了什么?思路点拨思路点拨 求解此题应注意以下两点求解此题应注意以下两点:(1)(1)应依据人们探测原子的结构的历史进程进行应依据人们探测原子的结构的历史进程进行 分析判断分析判断.(2)(2)根据根据(gnj)(gnj)粒子偏转的原因进行分析粒子偏转的原因进行分析.第十五页,共45页。解解 析析 (1 1)由由于于卢卢瑟瑟福福设设计计的的粒粒子子散散射射实实验验是是 为为了
19、了探探究究原原子子内内电电荷荷的的分分布布,并并非非为为了了验验证证汤汤姆姆 孙孙模模型型是是错错误误的的,A A错错 误误;卢卢瑟瑟福福并并不不是是认认识识到到 “枣枣糕糕模模型型”的的错错误误而而提提出出“核核式式结结构构”理理 论论 的的,B B错错 误误;卢卢瑟瑟福福做做了了粒粒子子散散射射实实验验后后,由由 实实 验验现现象象提提出出了了“核核式式结结构构”理理 论论,C C错错 误误,D D正正 确确.(2 2)粒粒子子穿穿过过金金箔箔(j j n nb b)后后绝绝大大多多数数仍仍沿沿原原来来的的方方向向 前前 进进,说说明明它它们们距距正正电电荷荷部部分分较较远远,库库仑仑力力
20、很很小小;尽尽管管经经过过若若干干层层原原子子,但但靠靠近近正正电电荷荷部部分分的的机机会会 很很 小小,这这说说明明原原子子内内带带正正电电荷荷部部分分在在整整个个原原子子中中 占占的的空空间间非非常常小小.答答 案案 (1 1)D D (2 2)说说明明原原子子内内带带正正电电荷荷部部分分在在 整整个个原原子子中中占占的的空空间间非非常常小小.第十六页,共45页。方法归纳方法归纳 微观世界是看不见的微观世界是看不见的,但我们可以根据它们产生但我们可以根据它们产生 的各种效应来进行分析的各种效应来进行分析(fnx)(fnx)、推理和判断、推理和判断,来达来达到认到认 识微观世界的目的识微观世
21、界的目的;对于实验推理类问题对于实验推理类问题,要求要求 记住记住:实验的作者、时间和装置实验的作者、时间和装置;实验事实实验事实 或现象或现象;由实验结果得出什么结论由实验结果得出什么结论;实验的实验的 意义所在意义所在.第十七页,共45页。变式练习变式练习1 1 在卢瑟福的在卢瑟福的粒子散射实验中粒子散射实验中,有少数有少数 粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,其原因是其原因是 ()()A.A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很 小的核上小的核上 B.B.正电荷在原子内是均匀分布的正电荷在原子内是均匀分布的 C.C.原子中存在着带负电的电子原子中
22、存在着带负电的电子 D.D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析解析 原子中有电子原子中有电子,但电子的质量很小但电子的质量很小,不到不到 粒子的七千分之一粒子的七千分之一,粒子碰到它粒子碰到它,就像飞行就像飞行 的子弹碰到一粒尘埃一样的子弹碰到一粒尘埃一样(yyng),(yyng),运动方向不运动方向不会发生明会发生明 显的改变显的改变;若原子中的正电荷是均匀分布的若原子中的正电荷是均匀分布的,粒子穿过原子时粒子穿过原子时,它受到原子内部两侧正电荷的它受到原子内部两侧正电荷的第十八页,共45页。斥力大部分互相抵消斥力大部分互相抵消,使使粒子偏转的力不
23、会很粒子偏转的力不会很 大大,不会产生大角度的偏转现象不会产生大角度的偏转现象,选项选项B B、C C错误错误.原子核集中了原子全部正电荷和绝大部分质量原子核集中了原子全部正电荷和绝大部分质量,当当粒子十分粒子十分(shfn)(shfn)接近原子核时接近原子核时,就会受到就会受到很大的库很大的库 仑斥力仑斥力,发生大角度偏转发生大角度偏转,由于原子核很小由于原子核很小,粒粒 子穿过金箔时接近原子核的机会很小子穿过金箔时接近原子核的机会很小,所以所以,只只 有少数有少数粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,选项选项A A正确正确.原子原子 只能处于一系列不连续的能量状态中只能处于一系列不连续的能
24、量状态中,是原子光是原子光 谱不连续的原因谱不连续的原因,不是不是粒子大角度散射的原因粒子大角度散射的原因,选项选项D D错误错误.综上可知综上可知,选项选项A A正确正确.答案答案 A A第十九页,共45页。题型题型2 2 氢原子能级跃迁问题氢原子能级跃迁问题【例【例2 2】如图】如图2 2所示为氢原子最低的四个能级所示为氢原子最低的四个能级,当氢当氢 原子在这些能级间跃迁时原子在这些能级间跃迁时:(1)(1)有可能放出有可能放出 种能量的光子种能量的光子.(2)(2)在哪两个在哪两个(lin)(lin)能级间跃迁时能级间跃迁时,所放出光子波所放出光子波长最长最 长长?波长是多少波长是多少?
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