课件23张PPT。 第十八章：原子结构 第 1 节：电子的发现1．知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2．体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。
3．知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是 e 的整数倍。
4．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。 本节由阴极射线和电子的发现两部分内容组成。重点是电子的发现过程蕴含的科学方法。首先通过实验说明阴极射线的存在，然后指出科学家对阴极射线的认识，最后仍然通过实验研究发现了电子。电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义，是近代物理三大发现之一。
电子发现的本身是一个很好的培养学生分析问题和解决问题能力的内容，认识电子发现的重大意义，体会电子的发现过程中蕴含的科学方法是教学中的重点。通过演示实验和历史资料介绍，使学生通过观察，阅读理解，达到教学目标。 ???19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。从而得出：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。演示实验 1858 年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。 1876 年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。 一、阴极射线 那么，阴极射线的本质是什么？电子的发现经历了怎样的曲折历程？二、电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示： 金属板 D1、D2 之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上的 P1 点，按图示方向加电场 E 之后，射线发生偏转并射到屏上的 P2 点，由此推断，阴极射线带有什么性质的电荷？带负电 我们已经知道阴极射线是带负电荷的粒子流，那么，如何求阴极射线微粒的比荷？ 为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采取什么措施？ 在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件 qvB = qE 时，则阴极射线不发生偏转，即：v = E/B。 方法一：若撤去磁场，带电粒子由P1 点偏离到 P2，P2 到 P1 竖直距离为 y，屏幕到金属板 D1、D2 右端的距离为 D，你能算出阴极射线的比荷吗？P1P2又因为： 且 化简得： P1P2y 方法二：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？P1P2yθθ只要测出粒子打到屏上的速度方向(与水平方向的夹角 θ )P1P2ORy比荷求法1. 用“电偏转”测定阴极射线比荷的表达式2. 用“磁偏转”测定阴极射线比荷的表达式 汤姆生发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了他当初的猜测是正确的。后来，物理学家把新发现的这种组成阴极射线的粒子称之为电子。电子的发现 电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使
人们认识到自然界还有比原子更小的实物。电子的
发现打开了通向原子物理学的大门 ,人们开始研究
原子的结构。
汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本
粒子物理学大门的伟人”。电子发现的历史影响 电子的电荷量是多少？由谁测量出的？电子电量的发现说明了什么？ 第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。三、密立根油滴实验?1. 阴极射线2. 电子的发现比荷的两种求法3. 密立根油滴实验1. 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，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，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BC 2. 有一电子(电荷量为 e )经电压为 U0 的电场加速后，
进入两块间距为 d，电压为 U 的平行金属板间，若电
子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电
场，求：
(1) 金属板 AB 的长度;
(2) 电子穿出电场时的动能。(1)(2)课件15张PPT。 第十八章：原子结构 第 2 节：原子的核式结构模型1. 了解 α 粒子散射实验原理和实验现象。
2. 知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容。
3. 知道原子和原子核的大小数量级，原子核的电荷数。
4. 领会卢瑟福提出原子核式结构的实验和思维过程，培养学生抽象思维能力和想象力。 电子的发现，说明原子可以再分割。在此基础上，汤姆孙建立了较有影响的原子“枣糕模型”。卢瑟福用发现的 α 粒子散射实验结构否定了汤姆孙的原子模型，提出了原子的核式结构模型。 α 粒子散射实验和原子核式结构是本节教学的重点。
α 粒子散射实验是一个很重要的实验，是研究微观世界的科学方法之一，也是一个锻炼学生分析问题、解决问题的知识点。对卢瑟福如何分析 α 粒子散射实验否定汤姆孙原子模型，提出自己的核式结构的了解有利于学生学习人类研究微观世界的科学方法，提高自己分析、解决问题的能力。 汤姆孙发现了电子，并且知道了电子是带负电荷的，人们推断出原子中还有带正电的物质。那么这两种物质是怎样构成原子的呢？
？汤姆孙的原子模型 在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体，正电核均匀分布在整个球内，电子镶嵌其中。α粒子散射实验 1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了 α 粒子散射实验。 绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数 α 粒子发生了较大的偏转，并且有极少数 α 粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°。α 粒子散射实验的结果西瓜模型或枣糕模型能否解释这种现象？ 根据汤姆孙模型计算的结果：电子质量很小，对 α 粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布， α 粒子所受库仑力也很小，故 α 粒子偏转角度不会很大。原子的核式结构的提出 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里，带负电的电子在核外空间绕着核旋转。α粒子散射实验示意原子核的核式结构 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：体育场原子核的电荷和大小 根据卢瑟福的原子核式模型和 α 粒子散射的实验数据，
可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核
的大小。
(1) 原子的半径约为 10 ─ 10 m、原子核半径约是 10 ─14 m，
原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。
(2) 原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期
表内的原子序数相等。
(3) 电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。 B1. 在用 α 粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的 α 粒子的
运动情况是 ( )
A. 全部 α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进
B. 绝大多数 α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少
数发生较大偏转，极少数甚至被弹回
C. 少数 α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多
数发生较大偏转，甚至被弹回
D. 全部 α 粒子都发生很大偏转C2. 卢瑟福 α 粒子散射实验的结果 ( )
A. 证明了质子的存在
B. 证明了原子核是由质子和中子组成的
C. 说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在
一个很小的核上
D. 说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动BC3. 当 α 粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的 ( )课件16张PPT。 第十八章：原子结构 第 3 节：氢原子光谱1．了解光谱、连续光谱和线状谱等概念。
2．知道氢原子光谱的实验规律。
3．知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特性。
4．让学生进一步体会物理规律是在接受实践检验的过程中不断地发展和完善的。 本节教材是在了解光谱、连续谱、线状谱的概念后，进一步介绍原子的特征光谱和光谱分析，重点讲述氢光谱的实验规律。
对于巴尔末公式应该明确，该公式的出现不是为了让学生练习计算，而是与前面学习碰撞时的意图一样，是为了从公式看出物理量之间的关系、看出物理量变化的趋势，即巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子辐射波长的分立特征。同时它为下一节氢原子能量分立性做了铺垫。而原子光谱的事实不能用经典物理学理论解释，必须建立新的原子模型。 早在17世纪，牛顿就发现了日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。一、光 谱 光谱是电磁辐射(不论是在可见光区域还是在不可见光区域)的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。1. 发射光谱分类：发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。定义：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。(1) 连续光谱 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。
例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。(2) 明线光谱 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光
谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体
或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的
光谱。
实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原
子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的
谱线也叫原子的特征谱线。2. 吸收光谱 高温物体发出的白光(其中包含连续分布的一切波长的
光)通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，
叫做吸收光谱。
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的
原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体
原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因
此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光
谱是吸收光谱。连续光谱H 的发射光谱Na 的发射光谱Na 的吸收光谱太阳的光谱光 谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱产生条件：炽热的固体、液体和高压气体
发光形成的光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有线状光谱(原子光谱)产生条件：稀薄气体发光形成的光谱光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素
的明线光谱不同(又叫特征光谱)吸收光谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散
形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些
暗线（与特征谱线相对应）3. 光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱巴耳末公式：里德伯常量 按经典物理学电子绕核旋转，做加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。但事实上原子是个稳定的系统。 轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的， 原子光谱应是连续的光谱。而实际上看到的是分立的线状谱。 卢瑟福原子核式模型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。但是。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。三、经典理论的困难1. 在实际生活中，我们可以通过光谱分析来鉴别物质
和物质的组成成分。例如某样本中一种元素的含量达
到 10─10 g 时就可以被检测到。那么我们是通过分析下
列哪种谱线来鉴别物质和物质的组成成分的 ( )
A. 连续谱 B. 线状谱
C. 特征谱线 D. 任意一种光谱 BC2 . 下列说法正确的是 ( )
A. 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波
长成分的记录，这就是光谱。即光谱与光强度无关
B. 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波
长成分和强度分布记录，这就是光谱。即光谱不仅记录了光
的波长分布，还记录了强度分布
C. 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这说明
了太阳内部缺少对应的元素
D. 在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗
线与某些元素的特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存
在对应的元素BD 3. 根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的两条谱线所对应的 n，这两条谱线的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？??氢原子在可见光范围内的谱线为不连续的明线课件26张PPT。 第十八章：原子结构 第 4 节：玻尔的原子模型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模型。
4．了解玻尔模型的不足之处及其原因。 本节是本章内容的重点章节，也是难点。玻尔理论的内容不易理解，介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出玻尔理论的内容，简洁明了，学生容易接受。关于氢原子核外电子跃迁时的辐射（或吸收）光子问题，可根据不同层次学生选定难度。玻尔理论的局限性，学生了解即可。
本节在介绍玻尔原子理论的内容之后，用它来成功地解释了氢光谱的实验规律。玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子化，“弗兰克-赫兹”实验证明了正确性。尽管玻尔模型后来被证明不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑。电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定原子是稳定的卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱原子光谱是不连续的，是线状谱卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾 以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。针对原子核式结构模型提出 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。一、玻尔原子理论的基本假设假说1：轨道量子化针对原子的稳定性提出 电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。玻尔指出，原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中原子是稳定的。假说2：能级(定态)假说 能级：量子化的能量值。 定态：原子中具有确定能量的稳定状态。基态：能量最低的状态(离核最近)基态激发态：其他的状态激发态量子数轨道与能级相对应针对原子光谱是
线状谱提出假说3：频率条件(跃迁假说) 原子在始、末两个能级 Em 和 En ( Em>En ) 间跃迁时，发射 (或吸收) 光子的频率可以由前后能级的能量差决定：激发态跃 迁电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加吸收光子电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少辐射光子光子的发射和吸收基
态( Em > En ) rn = n2r1En = E1/n2r1 = 0.053 nm ?（n = 1，2，3，···） 玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量二、玻尔理论对氢光谱的解释这里的电势能 Ep＜0，原因是规定了无限远处的电势能为零。 这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。 量子数 n = 1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小； 量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。?跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道 半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。赖曼系（紫外线）巴耳末系（可见光）帕邢系（红外线）布喇开系逢德系轨道与能级相对应成功解释了氢光谱的所有谱线 巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数 n 来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？巴尔末公式：n=6n=5n=4n=1n=3n=2从高能级向低能级跃迁
发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）。2. 从低能级向高能级跃迁(1) 吸收光子
对于能量大于或等于13.6eV的光子(电离)；对于能量小于
13.6eV的光子(要么全被吸收，要么不吸收)。(2) 吸收实物粒子能量
只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢
原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余
能量仍为实物粒子动能。? 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性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三、玻尔模型的局限性氦原子光谱量子化条件的引进没有适当的理论解释汤姆孙发现电子汤姆孙的西瓜模型α粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型原子不可割汤姆孙的西瓜模型原子稳定性事实氢光谱实验卢瑟福的核式结构模型出现矛盾?玻尔模型复杂（氦）原子光谱量子力学理论玻尔模型出现矛盾原子结构的认识史出现矛盾怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念关键：用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率 — 电子云1. 按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃
迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确
的是 ( )
A. 电子的动能变大，电势能变大，总能量变大
B. 电子的动能变小，电势能变小，总能量变小
C. 电子的动能变小，电势能变大，总能量不变
D. 电子的动能变小，电势能变大，总能量变大D2. 根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E 的轨道跃迁到能量为 E? 的轨道，辐射出波长为 λ 的光，以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则 E? 等于 ( ) B.
C. D.C3. 欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施
是 ( )
A. 用 10.2 eV 的光子照射
B. 用 11 eV 的光子照射
C. 用 14 eV 的光子照射
D. 用 11 eV 的电子碰撞ACDAD4. 如图所示为氢原子的能级图，若用能量为 12.75 eV 的
光子去照射大量处于基态的氢原子，则 ( )
A. 氢原子能从基态跃迁到 n = 4 的激发态上去
B. 有的氢原子能从基态跃迁到 n = 3 的激发态上去
C. 氢原子最多能发射 3 种波长不同的光
D. 氢原子最多能发射 6 种波长不同的光 5. 一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，
只能发出频率为 ν1、ν2、 ν3 的三种光子，且 ν1 > ν2 >
ν3 ，则 ( )
A. 被氢原子吸收的光子的能量为 hν1
B. 被氢原子吸收的光子的能量为 hν2
C. ν1 = ν2+ ν3
D. 被氢原子吸收的光子的能量为 hν1+ hν2+ hν3AC?2200
