(共33张PPT)
1~2 电子的发现 原子的核式结构模型
课标阐释
1.知道阴极射线是由电子组成的,知道电子的电荷量和比荷
2.了解汤姆孙发现电子对揭示原子结构的重大意义
3.知道α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象
4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容,能说出原子核的数量级
思维脉络
一、阴极射线
1.实验装置:如图所示真空玻璃管中K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极;把它们分别连在感应圈的负极和正极上。
2.实验现象:玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
3.阴极射线:荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的,这种射线被命名为阴极射线。
必备知识
二、电子的发现
1.汤姆孙的探究
(1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据偏转情况,证明它是B(A.带正电 B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。
(2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
(3)进一步研究新现象,不论是由于正离子的轰击,紫外光的照射,金属受热还是放射性物质的自发辐射,都能发射同样的带电粒子——电子。由此可见,电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元。
2.密立根“油滴实验”
(1)精确测定电子电荷。
(2)电荷是量子化的。
3.电子的有关常量
三、汤姆孙的原子模型
汤姆孙于1898年提出了原子模型,他认为原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌在球中。
汤姆孙的原子模型,小圆点代表正电荷,大圆点代表电子。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型,该模型能解释一些实验现象,但后来被α粒子散射实验否定了。
四、α粒子散射实验
1.α粒子
α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,含有两个单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍。
2.实验方法
用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔,用带有荧光屏的放大镜,在水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察,根据散射到各方向的α粒子所占的比例,可以推知原子中正、负电荷的分布情况。
3.实验装置
4.实验现象
(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进。
(2)少数α粒子发生了大角度偏转;偏转的角度甚至大于90°,它们几乎被“撞了回来”。
5.实验意义:卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了汤姆孙的原子模型,建立了核式结构模型。
五、卢瑟福的核式结构模型
1.核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,原子中带正电的部分体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。
2.原子核的电荷与尺度
自我检测
1.思考辨析。
(1)阴极射线是由阴极发出的粒子撞击到玻璃管壁上而产生的荧光。
(
)
解析:阴极射线是由阴极直接发出的。
答案:×
(2)在α粒子散射实验装置中,粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中。
(
)
解析:实验如果真空度不高也会对实验结果造成极大影响。
答案:√
(3)α粒子散射实验是由卢瑟福在十九世纪独立完成的。
(
)
解析:α粒子散射实验是卢瑟福跟他的学生盖革和马斯顿于1909年进行的。
答案:×
(4)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流,后来被称为电子。
(
)
答案:√
(5)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值。
(
)
解析:电荷是量子化的,任何带电体的带电量都只能是e的整数倍,电子电荷的数值为e=1.602×10-31
C。
答案:×
2.探究讨论。
(1)人们对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为是电磁辐射,另一种观点认为是带电微粒,你认为应如何判断哪种观点正确?
答案:可以让阴极射线通过电场或磁场,若射线垂直于磁场方向通过磁场后发生了偏转,则该射线是由带电微粒组成的。
(2)有人认为α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到了金箔原子上,好像两个玻璃球的碰撞一样发生的反弹,这种观点正确吗?
答案:α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用,在微观领域库仑斥力非常强大,二者无法碰在一起。
探究一
探究二
原子结构
问题探究
1.1808年,英国化学家道尔顿根据化学实验的结果,发表了“原子论”,说明物体是由原子组成的,同时他又断定:原子就像一个实心球,是不能分割的,他的这种观点现在看来正确吗?
要点提示:不正确,原子是可以再分的,它是由原子核和核外电子组成的,而原子核又是由质子和中子组成的。
探究一
探究二
2.在如图所示的演示实验中,K和A之间加上近万伏的高电压后,玻璃管壁上观察到什么现象?该现象说明了什么问题?
要点提示:玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光。
探究一
探究二
名师精讲
对阴极射线管装置及其射线的理解
1.装置现象
真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上发出荧光
2.德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。
3.猜想
(1)阴极射线是一种电磁辐射。
(2)阴极射线是带电微粒。
4.英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转,得知射线带负电并测出了其比荷。
5.密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。
探究一
探究二
6.电子发现的意义
电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现打破了原子不可再分的传统观念,使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有内部结构。这是人类对物质结构认识的一次飞跃,开创了探索原子结构奥秘的新时代。汤姆孙也由于发现了电子,不仅荣获了1906年诺贝尔物理学奖,而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。
阴极射线的本质是带电的粒子流,即电子流。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电压下加速飞向阳极,如图所示。若要使射线向上偏转,所加磁场的方向应为( )
A.平行于纸面向左
B.平行于纸面向上
C.垂直于纸面向外
D.垂直于纸面向里
【思考问题】
射线在磁场内偏转是受什么力?
提示:受洛伦兹力作用。
解析:由于阴极射线的本质是电子流,阴极射线方向向右,说明电子的运动方向向右,相当于存在向左的电流,利用左手定则,为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上,磁场方向应为垂直于纸面向外,故选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
规律总结探究阴极射线带电性质的方法
?
(1)在阴极射线所经区域加上电场,通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。若沿着电场线方向偏转,则粒子带正电;若逆着电场线方向偏转,则粒子带负电。
?
(2)使阴极射线垂直进入磁场,根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。如果粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针的圆周运动,则粒子带正电;若做逆时针的圆周运动,则粒子带负电。
探究一
探究二
变式训练1(多选)如图所示,一只阴极射线管,左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线AB时,发现射线径迹向下偏转,则( )
A.导线中的电流由A流向B
B.导线中的电流由B流向A
C.若要使电子束的径迹往上偏转,可以
通过改变AB中的电流方向来实现
D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关
解析:阴极射线是高速电子流,由左手定则判断可知,磁场垂直纸面向里,由安培定则可知,导线AB中的电流由B流向A,且改变AB中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏。故选项B、C正确。
答案:BC
探究一
探究二
α粒子散射实验和核式结构模型
问题探究
1.汤姆孙发现电子之后,人们立刻进行建立各种原子模型的尝试,你都知道有哪些典型的模型呢?
要点提示:汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型。
2.在探究原子内部结构的过程中,卢瑟福说:“我知道了,原子到底是什么样的……可以将它想象成一个小的太阳系。”你是怎么样理解这段话的?
要点提示: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运动,这就像行星绕太阳运转一样,原子内部就是一个小型的太阳系。
名师精讲
1.关于α粒子散射实验的相关问题
(1)α粒子的实质:α粒子
是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,实质是失去两个电子的氦原子核,带有两个单位的正电荷,质量约为氢原子质量的4倍、电子质量的7
300倍。
探究一
探究二
(2)实验装置:
?
①α粒子源:钋放在带小孔的铅盒中,放射出高能α粒子,带两个单位的正电荷,质量约为氢原子质量的4倍。
②金箔:特点是金原子的质量大,且易延展成很薄的箔。
③放大镜:能绕金箔在水平面内转动。
④荧光屏:荧光屏装在放大镜上。
⑤整个实验过程在真空中进行。金箔很薄,α粒子很容易穿过。
探究一
探究二
(3)实验过程:α粒子经过一条细通道,形成一束射线,打在很薄的金箔上,由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用,一些α粒子会改变原来的运动方向。带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动,以统计向不同方向散射的α粒子的数目。
(4)α粒子散射实验的实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°。
探究一
探究二
2.原子核的电荷与尺度
(1)原子内的电荷关系:各种元素的原子核的电荷数与原子内含有的电子数相等,非常接近它们的原子序数。
(2)原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就等于原子核中的质子数。
(3)原子核的大小:原子核半径R的数量级为10-15
m,而整个原子半径的数量级是10-10
m。因而原子内部十分“空旷”。
原子核半径R的数量级为10-15
m,而整个原子半径的数量级是10-10
m。原子核半径只相当于原子半径的十万分之一,如果将原子比作足球场,那么原子核仅相当于一只蚂蚁大小,可见原子内部十分“空旷”。
探究一
探究二
典例剖析
A.在图中的A、B两位置分别进行观察,相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B.在图中的B位置进行观察,屏上观察不到任何闪光
C.卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似
D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
探究一
探究二
【例题2】
右图为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图,图中的显微镜可在圆周轨道上转动,通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是( )
【思考问题】
α粒子发生散射的主要原因是什么?
提示:α粒子发生散射是因为受到原子核库仑斥力的作用,距离原子核远近不同所受斥力大小也不同。
解析:α粒子散射实验现象:绝大多数α粒子沿原方向前进,少数α粒子有大角度散射。所以A处观察到的粒子数多,B处观察到的粒子数少,所以选项A、B错误。α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用,所以选项D错误,C正确。
答案:C
探究一
探究二
变式训练2在卢瑟福α粒子散射实验中,只有少数α粒子发生了大角度偏转,其原因是( )
A.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里
B.正电荷在原子内是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子的质量在原子核内是均匀分布的
解析:原子的核式结构正是建立在α粒子散射实验结果基础上的,C、D的说法没有错,但与题意不符。
答案:A
探究一
探究二
1
2
3
4
5
1.(多选)汤姆孙对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”,关于电子的说法正确的是( )
A.任何物质中均有电子
B.不同的物质中具有不同的电子
C.电子质量是质子质量的1
836倍
D.电子是一种粒子,是构成物质的基本单元
解析:汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,发现它们均为同一种粒子即电子,电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子质量。由此可知A、D正确,B、C错误。
答案:AD
1
2
3
4
5
2.关于密立根“油滴实验”,下列说法正确的是( )
A.密立根利用电场力和磁场力平衡的方法,测得了带电体的最小带电荷量
B.密立根利用电场力和重力平衡的方法,推测出了带电体的最小带电荷量
C.密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量
D.密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一
答案:B
1
2
3
4
5
3.卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验,获得了重要发现,关于α粒子散射实验的结果,下列说法正确的是
( )
A.说明了质子的存在
B.说明了原子核是由质子和中子组成的
C.说明了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里
D.说明了正电荷均匀分布
解析:α粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕式模型,即否定了正电荷均匀分布,D项错误;α粒子的大角度散射,说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在中间很小的原子核上。
答案:C
1
2
3
4
5
4.(多选)关于原子的核式结构模型,下列说法正确的是( )
A.原子中绝大部分是“空”的,原子核很小
B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力
C.原子的全部电荷和质量都集中在原子核里
D.原子核的半径的数量级是10-10
m
解析:因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,而原子核又很小,所以原子内绝大部分区域是“空”的,A正确,C错误;电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑引力提供向心力,B正确;原子核半径的数量级是10-15
m,原子半径的数量级是10-10
m,D错误。
答案:AB
1
2
3
4
5
5.在α粒子散射实验中,当α粒子最接近金原子核时,下列说法正确的是( )
A.动能最小
B.电势能最小
C.α粒子和金原子核组成的系统的能量最小
D.加速度最小
解析:在α粒子散射实验中,当α粒子接近金原子核时,金原子核对α粒子的作用力是斥力,对α粒子做负功,电势能增加,动能减小,当α粒子离金原子核最近时,它们之间的库仑力最大,α粒子的动能最小。由于受到的金原子核外电子的作用相对较小,与金原子核对α粒子的库仑力相比,可以忽略,因此只有库仑力做功,所以机械能和电势能整体上是守恒的,故系统的能量可以认为不变。综上所述,正确选项应为A。
答案:A(共25张PPT)
3 氢原子光谱
课标阐释
思维脉络
1.知道什么是光谱,能说出连续谱和线状谱的区别
2.能记住氢原子光谱的实验规律
3.能说出经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难
?
一、光谱
1.定义
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。
2.分类
(1)线状谱:由一条条的亮线组成的光谱。
(2)连续谱:由连在一起的光带组成的光谱。
必备知识
3.特征谱线
各种原子的发射光谱都是线状谱,且不同原子的亮线位置不同,故这些亮线称为原子的特征谱线。
4.光谱分析
由于每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析,它的优点是灵敏度高,样本中一种元素的含量达到10-10
g时就可以被检测到。?
二、氢原子光谱的实验规律
1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。
3.巴耳末公式的意义:以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征。
三、经典理论的困难
1.核式结构模型的成就:正确地指出了原子核的存在,很好地解释了α粒子散射实验。
2.经典理论的困难:经典物理学既无法解释原子的稳定性,又无法解释原子光谱的分立特征。
自我检测
1.思考辨析。
(1)火焰上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是吸收光谱。
(
)
解析:钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱。
答案:×
(2)氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的。
(
)
解析:不同的原子发出的谱线不同,每一种原子都有自己的特征谱线。
答案:√
(3)帕邢系谱线对应的光波在真空中的波速小于光速。( )
解析:帕邢系形成的谱线在红外区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播。
答案:×
(4)各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几个特定的频率。
(
)
解析:各种原子只能发出几个特定频率的光,不同原子的亮线位置不同,说明不同原子的发光频率是不同的,光谱中的亮线成为原子的特征谱线。
答案:√
(5)光是由原子核内部的电子运动产生的,光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。
(
)
解析:许多情况下光是由原子内部电子(即原子核外电子)的运动产生的,原子核内部没有电子,因此光谱的研究是探索原子结构的一条重要途径。
答案:×
2.探究讨论。
根据经典的电磁理论,原子的光谱是怎样的?而实际看到的原子的光谱是怎样的?
答案:根据经典电磁理论,原子可以辐射各种频率的光,即原子光谱应该是连续的,而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱。
探究一
探究二
光谱
问题探究
早在17世纪时,牛顿就发现了太阳光通过三棱镜后的色散现象,并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。1814年,德国物理学家夫琅禾费对太阳光谱进行了细心的检验,并自己编绘了太阳光谱图。
这个光谱图内有多条黑线,夫琅禾费对其中8条重要的黑线做了标识。这些黑线后来就成为比较不同玻璃材料折射率的标准,并为光谱精确测量提供了基础,此后,许多科学家对光谱进行了实验研究,认识到光谱与物质的化学成分有关,从而促进了光谱分析技术的应用,请你上网查询结合对光谱的认识,谈一谈在日常生活中光谱有哪些应用?
探究一
探究二
要点提示:光谱分析可以检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求;光谱分析可以帮助人们发现新元素;光谱分析可以研究天体的成分,光谱分析可以鉴定食品的优劣;光谱分析可以鉴定文物等。
探究一
探究二
名师精讲
1.光谱的分类和比较
光谱分类
产生条件
光谱形式
发射
光谱
连续谱
炽热固体、液体和高压气体发光形成
连续分布,一切波长的光都有
线状谱(原子光谱)
稀薄气体发光形成
一些不连续的亮线组成。不同元素谱线不同(又叫特征谱线)
吸收
光谱
炽热的白光通过温度较低的气体后,某些波长的光被吸收后形成
用分光镜观察时,见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应)
探究一
探究二
2.太阳光谱
(1)太阳光谱的特点:在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线,是一种吸收光谱。
(2)产生原因:当阳光透过太阳的高层大气射向地球时,太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光,这就形成了连续谱背景下的暗线。
探究一
探究二
3.光谱分析
由于每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析。
(1)优点:灵敏度高,样本中一种元素的含量达到10-10
g时就可以被检测到。
(2)应用:a.发现新元素;b.鉴别物体的物质成分。
(3)用于光谱分析的光谱:线状谱和吸收光谱。
连续谱不能用于光谱分析,光谱分析只能用特征谱线来分析。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】
(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是( )
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱
D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分
【思考问题】
光谱分析用的是什么谱线?
提示:是线状谱或吸收光谱这一类的特征谱线。
探究一
探究二
解析:太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱和吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱,选项B正确。
答案:BC
特别提醒某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的,两者均可用作光谱分析。
探究一
探究二
变式训练1(多选)关于太阳光谱,下列说法正确的是( )
A.太阳光谱是吸收光谱
B.太阳光谱中的暗线,是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的
C.根据太阳光谱中的暗线,可以分析太阳的物质组成
D.根据太阳光谱中的暗线,可以分析地球大气层中含有哪些元素
解析:太阳是一个高温物体,它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时,会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收,从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱,所以分析太阳光谱可知太阳大气层的物质组成。
答案:AB
探究一
探究二
氢原子光谱的实验规律
问题探究
氢原子是自然界中最简单的原子,对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息,对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。从氢气放电管可以获得氢原子光谱,如图所示,氢原子的光谱为线状谱。
试分析氢原子光谱的分布特点。
要点提示:在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离越来越小,表现出明显的规律性。
探究一
探究二
名师精讲
1.巴耳末公式
(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值,不能取连续值。巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征。
2.其他公式
探究一
探究二
巴耳末公式仅反映了氢原子的线状光谱,不能描述其他原子。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】
(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式
,对此,下列说法正确的是( )
A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C.巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式
D.巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性,其波长的分立值并不是人为规定的
【思考问题】
巴耳末公式是怎样总结出来的?
提示:巴耳末公式是利用在可见光区的14条谱线总结出的氢原子谱线规律。
探究一
探究二
解析:巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的。氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性,即辐射波长的分立特征,选项C、D正确。
答案:CD
探究一
探究二
变式训练2氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )
答案:A
1
2
3
1.对原子光谱,下列说法正确的是( )
A.原子光谱是连续的
B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的
C.各种原子的原子结构不同,但各种原子的原子光谱可能是相同的
D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素
解析:原子光谱为线状谱,A错误;各种原子都有自己的特征谱线,故B、C均错误;据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成,D正确。
答案:D
1
2
3
2.(多选)要得到钠元素的特征谱线,下列做法正确的是
( )
A.使固体钠在空气中燃烧
B.将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气
C.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气
D.使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸气
解析:炽热固体发出的是连续谱,燃烧固体钠不能得到特征谱线,A错误;稀薄气体发光产生线状谱,B正确;强烈的白光通过低温钠蒸气时,某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱,C正确,D错误。
答案:BC
1
2
3
3.下列说法正确的是( )
A.所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出
B.巴耳末公式中的n可以连续取值
C.巴耳末系是氢原子光谱中的不可见光部分
D.氢原子光谱是线状谱的一个例证
答案:D(共32张PPT)
4 玻尔的原子模型
课标阐释
思维脉络
1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容
2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念
3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱
?
一、玻尔原子理论的基本假设
1.玻尔原子模型
(1)原子中的电子在库仑力的作用下,绕原子核做圆周运动。
(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。
(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,且不产生电磁辐射。
2.定态
当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,原子在不同的状态中具有不同的能量,即原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫做能级,原子具有确定能量的稳定状态,称为定态。能量最低的状态叫做基态,其他的能量状态叫做激发态。
必备知识
3.跃迁
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为En,m>n)时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量hν=Em-En,这个式子被称为频率条件,又称辐射条件。
二、玻尔理论对氢光谱的解释
1.解释巴耳末公式
(1)按照玻尔理论,从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν=Em-En。
(2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2,并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好。
2.解释氢原子光谱的不连续性
原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级差,由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
三、玻尔理论的局限性
1.成功之处
玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功解释了氢原子光谱的实验规律。
2.局限性
保留了经典粒子的观念,把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动。
3.电子云
原子中的电子没有确定的坐标值,我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少,把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时,这种图像就像云雾一样分布在原子核周围,故称电子云。
自我检测
1.思考辨析。
(1)氢原子吸收光子后,一定会从高能级向低能级跃迁。
( )
解析:原子吸收光子后能量增加,能级升高。
答案:×
(2)我们在观察氢原子的光谱时,发现它只有几条分离的不连续的亮线。
( )
解析:氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的,体现在光谱上是一些不连续的亮线。
答案:√
(3)玻尔的原子模型完全脱离了经典电磁理论的桎梏,是一种全新的理论。
( )
解析:玻尔的原子模型提出了轨道量子化、能量量子化及能级跃迁的概念,它的成功在于引入了量子化理论,缺点是过多地引入经典力学,并没有完全脱离经典电磁理论。
答案:×
(4)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。
( )
解析:电子只能吸收能量等于能级差的光子能量发生跃迁。
答案:×
(5)电子云就是原子核外电子的分布图。
( )
解析:电子云中疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率。
答案:×
2.探究讨论。
按照经典理论,核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动。我们知道,库仑引力和万有引力形式上有相似之处,电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处,那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢?
答案:不是。在玻尔理论中,电子的轨道半径只可能是某些分立的值,而卫星的轨道半径可按需要任意取值。
探究一
探究二
玻尔原子理论的基本假设
问题探究
1.玻尔认为,电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动,如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10
m,其他的玻尔半径只能是2.12×10-10
m、4.77×10-10
m等,玻尔半径不可能是介于这些值之间的中间值,经典物理学的观点是怎么样的?
探究一
探究二
要点提示:根据经典理论,随着不断向外辐射能量的电子能量的减少,电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核,就像绕地球运动的人造地球卫星受到阻力作用不断损失能量后,要落到地面上的一样。
探究一
探究二
2.下图为分立轨道示意图。
分立轨道示意图
(1)电子的轨道有什么特点?
(2)氢原子只有一个电子,电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生?
要点提示:(1)电子的轨道是不连续的,是量子化的。
(2)电子在轨道间跃迁时会吸收光子或放出光子。
探究一
探究二
名师精讲
玻尔原子模型的三条假设
1.轨道量子化
(1)轨道半径只能够是某些分立的数值。
(2)氢原子的电子最小轨道半径r1=0.053
nm,其余轨道半径满足rn=n2r1,n为量子数,n=1,2,3,…。
探究一
探究二
2.能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态,在这些状态中,尽管电子做变速运动,却不辐射能量,因此这些状态是稳定的,原子在不同状态有不同的能量,所以原子的能量也是量子化的。
(2)基态
原子最低的能量状态称为基态,对应的电子在离核最近的轨道上运动,氢原子基态能量E1=-13.6
eV。
(3)激发态
较高的能量状态称为激发态,对应的电子在离核较远的轨道上运动。
氢原子各能级的关系为:
探究一
探究二
3.能级跃迁与光子的发射和吸收
原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即:
高能级Em
低能级En。
原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】
(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( )
A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做加速运动,但不向外辐射能量
B.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连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子
D.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
探究一
探究二
解析:A、B、C三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合。原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关。
答案:ABC
规律总结正确理解玻尔原子模型
(1)电子在可能轨道上绕核做圆周运动时,不向外辐射能量。
(2)原子辐射的能量与电子绕核运动无关,只由跃迁前后的两个能级的能量差决定。
探究一
探究二
变式训练1根据玻尔理论,下列关于氢原子的论述正确的是( )
A.若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,氢原子要辐射的光子能量为hν=En
B.电子沿某一轨道绕核运动,若圆周运动的频率为ν,则其发光的频率也是ν
C.一个氢原子中的电子从一个半径为Ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为Rb的轨道,已知Ra>Rb,则此过程原子要辐射某一频率的光子
D.氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁
探究一
探究二
解析:原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,辐射的光子能量等于能级差,与En不同,故A错误;电子沿某一轨道绕核运动,处于某一定态,不向外辐射光子,故B错误;电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道,能级降低,因而要辐射某一频率的光子,故C正确;原子吸收光子后能量增加,能级升高,故D错误。
答案:C
探究一
探究二
玻尔理论对氢光谱的解释
问题探究
下图是氢原子能级图
(1)当氢原子处于基态时,氢原子的能量是多少?
(2)如果氢原子吸收的能量大于13.6
eV,会出现什么现象?
要点提示:(1)-13.6
eV。
(2)核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子。
探究一
探究二
名师精讲
1.对能级图的理解
(1)能级图中n称为量子数,E1代表氢原子的基态能量,即量子数n=1时对应的能量,其值为-13.6
eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。
(2)作能级图时,能级横线间的距离和相应的能级差相对应,能级差越大,间隔越宽,所以量子数越大,能级越密,竖直线的箭头表示原子跃迁方向,长度表示辐射光子能量的大小,n=1是原子的基态,n→∞是原子电离时对应的状态。
探究一
探究二
2.能级跃迁
处于激发态的原子是不稳定的,它会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为
。
3.光子的发射
原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量,发射光子的频率由下式决定。
hν=Em-En(Em、En是始末两个能级且m>n)
能级差越大,放出光子的频率就越高。
探究一
探究二
4.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发,其光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收,不存在激发到n能级时能量有余,而激发到n+1时能量不足,则可激发到n能级的问题。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如,自由电子)的能量而被激发,由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E=En-Ek),就可使原子发生能级跃迁。
处于激发态的原子是不稳定的,它会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中( )
A.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量增大
B.原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小
C.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量增大
D.原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大,原子的能量增大
探究一
探究二
【思考问题】
核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道时吸收能量还是放出能量?
提示:吸收能量,向高能级跃迁。
解析:由库仑力提供向心力,即
,由此可知电子离核越远,r越大,则电子的动能越小,故A、C错误;因r增大过程中库仑力做负功,故电势能增大,B错误;结合玻尔理论和原子的能级公式可知,D正确。
答案:D
探究一
探究二
规律总结分析原子跃迁时需注意的几个问题
(1)注意一群原子和一个原子:氢原子核外只有一个电子,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,只能出现所有可能情况中的一种,但是如果容器中盛有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。
(2)注意直接跃迁与间接跃迁:原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时,有时可能是直接跃迁,有时可能是间接跃迁。两种情况辐射或吸收光子的频率不同。
探究一
探究二
变式训练2如图所示,1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级。处在n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能发出若干种频率不同的光子,在这些光子中,波长最长的是( )
A.n=4跃迁到n=1时辐射的光子
B.n=4跃迁到n=3时辐射的光子
C.n=2跃迁到n=1时辐射的光子
D.n=3跃迁到n=2时辐射的光子
答案:B
1
2
3
4
1.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子
( )
A.放出光子,能量增加
B.放出光子,能量减少
C.吸收光子,能量增加
D.吸收光子,能量减少
解析:根据玻尔理论,氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子,能量减少,B对,A、C、D错。
答案:B
1
2
3
4
2.下图为氢原子的四个能级,其中E1为基态,若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是( )
A.原子A可能辐射出3种频率的光子
B.原子B可能辐射出3种频率的光子
C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
解析:原子A处于激发态E2,它只能辐射出1种频率的光子;原子B处于激发态E3,它可能由E3到E2,由E2到E1,或由E3到E1,辐射出3种频率的光子;原子由低能级跃迁到高能级时,只能吸收具有能级差的能量的光子,由以上分析可知,只有B项正确。
答案:B
1
2
3
4
3.如图所示是玻尔理论中氢原子的能级图,现
让一束单色光照射一群处于基态的氢原子,受
激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率
的光,则照射氢原子的单色光的光子能量为
( )
A.13.6
eV
B.12.09
eV
C.10.2
eV
D.3.4
eV
解析:受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光,说明激发的氢原子处于第3能级,则照射氢原子的单色光的光子能量为E=E3-E1=12.09
eV,故B正确。
答案:B
1
2
3
4
4.氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子。
?
已知基态的氦离子能量为E1=-54.4
eV,氦离子能级的示意图如图所示,用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢气。
(1)氦离子发出的光子中,有几种能使氢原子发生光电效应?
(2)发生光电效应时,光电子的最大初动能是多少?
1
2
3
4
解析:(1)一群氦离子跃迁时,一共发出
种光子
由频率条件hν=Em-En知6种光子的能量分别是
由n=4到n=3 hν1=E4-E3=2.6
eV
由n=4到n=2 hν2=E4-E2=10.2
eV
由n=4到n=1 hν3=E4-E1=51.0
eV
由n=3到n=2 hν4=E3-E2=7.6
eV
由n=3到n=1 hν5=E3-E1=48.4
eV
由n=2到n=1 hν6=E2-E1=40.8
eV
由发生光电效应的条件知,hν3、hν5、hν6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应。
(2)由光电效应方程Ek=hν-W0知,能量为51.0
eV的光子使氢原子逸出的光电子初动能最大,将W0=13.6
eV代入Ek=hν-W0,得Ek=37.4
eV。
答案:(1)3种 (2)37.4
eV(共15张PPT)
本
章
整
合
答案:(1)阴极射线高速电流 (2)原子是一个球体,正电荷均匀分布在里面,电子就像枣糕里的枣那样镶嵌在原子里面 (3)α粒子散射实验 (4)核很小,原子核半径的数量级为10-15
m,原子半径的数量级为10-10
m,核很重,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,库仑力提供电子绕核旋转的向心力 (5)能级、基态、
子而言,基态能级E1=-13.6
eV
专题一
专题二
专题三
对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1.实验结果
α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进;少数α粒子有较大的偏转;极少数α粒子的偏转角度超过90°,有的甚至被弹回,偏转角达到180°。
2.核式结构学说
在原子的中心有一个很小的原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,电子绕核运转。
3.原子核的组成与尺度
(1)原子核的组成:由质子和中子组成,原子核的电荷数等于原子核中的质子数。
(2)原子核的大小:实验确定的原子核半径的数量级为10-15
m,而原子的半径的数量级是10-10
m。因而原子内部十分“空旷”。
专题一
专题二
专题三
【例题1】
(多选)关于α粒子散射实验现象的分析,下列说法正确的是( )
A.绝大多数α粒子沿原方向运动,说明正电荷在原子内均匀分布,是α粒子受力平衡的结果
B.绝大多数α粒子沿原方向运动,说明这些α粒子未受到明显的力的作用,说明原子内大部分空间是空的
C.极少数α粒子发生大角度偏转,说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D.极少数α粒子发生大角度偏转,说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
专题一
专题二
专题三
解析:在α粒子散射实验中,绝大多数α粒子沿原方向运动,说明这些α粒子未受到原子核明显的力的作用,也说明原子核相对原子来讲很小,原子内大部分空间是空的,故A错,B对;极少数α粒子发生大角度偏转,说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小,α粒子偏转而原子核未动,说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量,电子的质量远小于α粒子的质量,α粒子打在电子上,不会有明显偏转,故C对,D错。
答案:BC
专题一
专题二
专题三
对玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解
1.玻尔原子模型
(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中,具有确定能量的稳定状态叫做定态,能量最低的状态叫基态,其他的状态叫作激发态。
(2)频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道(En)时会放出能量为hν的光子,则:hν=Em-En。反之,当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态,吸收的光子能量同样由频率条件决定。
(3)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道。
专题一
专题二
专题三
2.氢原子能级跃迁
(1)氢原子的能级
原子各能级的关系为:
(n为量子数,n=1,2,3,…)
对于氢原子而言,基态能级:E1=-13.6
eV。
专题一
专题二
专题三
(2)氢原子的能级图
氢原子的能级图如下图所示。
专题一
专题二
专题三
【例题2】已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.528×10-10
m,量子数为n的能级为
(1)求电子在基态轨道上运动的动能;
(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一张能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线。
(3)计算这几种光谱线中最短的波长。(静电力常量k=9×109
N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19
C,普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,真空中光速c=3×108
m/s)
专题一
专题二
专题三
专题一
专题二
专题三
答案:见解析
专题一
专题二
专题三
原子的能级跃迁与电离
1.能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁,可表示如下:
高能级Em
低能级En。
2.当光子能量大于或等于13.6
eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6
eV时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能。
3.原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁。
专题一
专题二
专题三
【例题3】
根据玻尔理论,氢原子的能级公式为En=
(n为能级,A为基态能量),一个氢原子中的电子从n=4的能级直接跃迁到基态,在此过程中( )
解析:一个氢原子中的电子从n=4的能级直接跃迁到基态的过程中,只能向外辐射一个光子;由玻尔理论可知辐射的光子的能量:ΔE
答案:B
专题一
专题二
专题三
变式训练如图所示,氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时,释放光子的波长分别是λa、λb、λc,下列关系式正确的是( )
答案:C
