5.1原子的结构2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册（共36张ppt）

(共36张PPT)
第五章 原子与原子核
第一节 原子的结构
粤教版 选择性必修第三册
知识点一：原子的结构
近代科学原子论（1803年）
1.一切物质都是由最小的不能再分的粒子——原子构成
2.原子模型：原子是坚实的，不可再分的实心球。
J. J.汤姆孙在气体电离和光电效应实验现象中发现，不同物质都可以逸出一种带负电的粒子，并且质量比任何一种分子或原子的质量都要小得多，因此完全确认了电子的存在。
原子中还有电子
电子的发现
电子的基本规律：
1、组成阴极射线的成分是电子；
2、密立根通过著名的“油滴实验”精确测定了电子的电荷量：
3、电荷是量子化的；
4、电子的发现的意义：打破了传统的“原子不可分”的观念。
汤姆生的葡萄干布丁模型：
原子核式结构的提出
原子是一个球体，正电荷均匀地分布其中，质量很小的电子镶嵌其中，就像枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”。
也可理解为“西瓜模型”，电子是西瓜的籽
粒子散射实验
用α粒子（带正电）轰击金箔
思考：为什么要用α粒子来做散射实验？
原子的结构非常紧密，质量较大的α粒子具有足够的能量接近原子的中心，α粒子还可以使荧光物质发光，如果α粒子与其他粒子发生作用而改变运动方向，荧光屏能显示出它方向的变化。
模拟实验
实验结果
1.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。
2.少数阿尔法粒子发生了较大的偏转。
3.有极少数阿尔法粒子的偏转超过了90o，有的甚至达到180o。
粒子散射示意图
绝大多数ɑ粒子不偏移
少数ɑ粒子发生较大偏转
极少数ɑ粒子被弹回
实验现象
分析推理
原子内部绝大部分是“空”的
原子内部有“核”存在
作用力很大
质量很大电量集中
分析推理
1911年，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。
原子核式结构的提出
1、原子核：原子中心有一个很小的核，集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量。
2、带负电的电子在核外空间绕着核旋转。
请比较一下太阳系与原子的结构，为什么我们把原子的核式结构称为一种“模型”，而太阳系的行星结构却不叫模型呢？它们最本质的区别是什么？
知识点二：氢原子光谱
1.光谱：经三棱镜散射后，不同频率的光分开(折射率与光的频率有关)， 照在感光底片上，不同波长(即频率)的光出现在底片上不同位置.
光谱
各种各样的光谱
某种原子的气体通电后可以发出并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱
原子光谱
观察原子光谱
氢原子光谱的实验规律
谱线 颜色 波长( ) 强度
Hα 红 6562.10 最强
Hβ 深绿 4860.74 次强
Hγ 青 4340.10 次弱
Hδ 紫 4101.20 最弱
Hα
Hδ
Hγ
Hβ
表 1 氢光谱可见区的四条谱线
氢原子光谱
经典理论的困难
矛盾二：无法解释原子的稳定性
矛盾一：无法解释原子光谱的分立性
核外电子绕核运动
辐射电磁波
事实上：
原子是稳定的
事实上：辐射电磁波频率只是某些确定值
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
辐射电磁波频率连续变化
知识点三：原子的能级结构
玻尔的原子理论
受到普朗克和爱因斯坦量子概念的启发下，
玻尔提出：1.电子绕原子核运动的轨道半径是分立的，电子只能在某些特定的轨道。（轨道量子化假说）
玻尔，丹麦物理学家1885年10月7日—1962年11月18日，1922获得诺贝尔物理学奖
n=∞
原子的能级结构
2.当电子在不同的轨道上运动时，
原子具有不同的能量值（能级）（能量量子化假说）。
3.当电子从一个稳定态跃迁到另一个稳定态，会辐射出电磁波或者吸收电磁波.电磁波波长满足，（跃迁假说）
4.高能级的原子能自发地向低能级跃迁，并辐射出能量。反之，低能级的原子获得能量，便可以向高能级跃迁。
hv =Em-En
基态：能量最低的状态（离核最近）。
激发态：其他的状态。
n=∞
轨道与能级相对应
氢原子的能级示意图
玻尔理论对氢光谱的解释
1.根据玻尔理论推导出巴耳末公式，并从理论上算出里德伯常量 的值。这样得到的结果与实验值符合得很好。
2.玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系，即氢原子从高能级向m ＝ 1，3，4，5能级跃迁，也会产生相应的光谱。它们也都被实验观测到了，分别称为赖曼系、帕邢系、布喇开系等。
玻尔理论对氢光谱的解释
3.原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差。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。
4.由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不相同。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。
玻尔理论的局限性
玻尔在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
没有绕开经典理论
无法解释复杂一点的原子的光谱现象
无法解释谱线的强度等
1. (多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）
A．绝大多数α粒穿过金箔后，发生了较大角度的偏转
B．极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°
C．根据实验现象可知原子结构不是“西瓜模型”或“枣糕模型”
D．α粒子发生偏转的原因是由于受到金箔中电子的作用
BC
小试身手
2. (多选)下列说法中属于卢瑟福原子核式结构理论的有（ ）
A．原子是可再分的，电子是原子的组成部分
B．在原子的中心有个很小的核，叫做原子核
C．原子的正电荷和质量均匀分布于原子体内
D．原子核是由质子和中子组成的
BC
3. (多选)研究α粒子散射的实验装置如图所示，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）
A．绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子核内部大部分是中空的
B．少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞
C．极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核
D．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，电势能最小
AC
4. (多选)对原子光谱，下列说法正确的是（　　）
A．原子光谱是不连续的
B．原子光谱是连续的
C．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
D．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
AD
5. (多选)下列关于光谱的说法正确的是（　　）
A．连续谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱
B．通过对连续谱的光谱分析可鉴定物质成分
C．连续谱是连在一起的光带，线状谱是一条条分立的谱线
D．通过对线状谱的亮线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析可鉴定物质成分
CD
6．根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径（　　）
A．可以取任意值
B．可以在某一范围内取任意值
C．可以取一系列不连续的任意值
D．是一系列不连续的特定值
D
7．用能量为12.75eV的光子去激发处于基态的一群氢原子，受激发后的氢原子向高能级跃迁时可以放出几种频率的光子（　　）
A．12种
B．6种
C．5种
D．3种
B
8、(多选)氢原子各个能级的能量如图所示，大量氢原子由n＝1能级跃迁到n＝4能级，在它回到n＝1能级过程中，下列说法中正确的是(　 　)
A.可能激发出频率不同的光子只有6种
B.可能激发出频率不同的光子只有3种
C.可能激发出的光子的最大能量为12.75 eV
D.可能激发出的光子的最大能量为0.66 eV
AC
9、(多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是 (　　)
A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的光子
B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C.从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长
D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
AC