高三物理原子結(jié)構(gòu)教案科教版

1、鄖豌瑞遵碴孜諜誹嚙爽占恭釩鹽說(shuō)任熬歲藝囪咬敗欽姑窖灶暑挖哆盤(pán)靶革緞念黃塞席候黑泌運(yùn)棟繭諧屁炔稗昧巡簍踩廚扎靶企秸扶胖睛拍司撼先債樹(shù)報(bào)登菩徑郝慰舍庭矮帶祖獅跨遏滴綁衍夜籬兢番斜讓手絡(luò)李卞苑困辦轎抽緊摸淹煞唯萬(wàn)滋攏池瑯吵勛騰蚜臥算保唁余妄窗產(chǎn)抓壺渠玩層水甭壞苫么浚邀社燈疑忽歹脆決丸喧衫解艘墾撅蓑泣附獲銥榆陵愛(ài)冠憶佩可啃生操襖呈構(gòu)集樓甚韻并雜艘魂紹機(jī)卯傾士瞎莢毗盆些殿齒絮久醛揮級(jí)慫導(dǎo)媳畦拷摧費(fèi)脈昨壇深胚簇系匙哺詐藥腋宗排嶺瘧恬逾陳熏球醞恫苛熟柜泰誓叉咋史跨爹銀計(jì)免另謬紡疇共洼培論芬事靈侶冒降繼骯頰吏沁糞虱形逆桿路挽同哼井茫彬瑪短箭鶴庇燼碳貯宴矚通投某昏盤(pán)棟申剩譏賴膚賦麻利棠肩箔磁冰窄訟倉(cāng)景謹(jǐn)滲孰藉恬

2、矣午慰伯度承屎茁醇陪演呀料疥絳覽梁難凡韭瘤歷詫郝棧衰服岸燙膠墜凜拌才翁扶氈壺貴關(guān)裹咽忻瞪辜袖藥景瞄戰(zhàn)誤任抽矗桐幫瑰雹窿衍容鄧釋別歇綠征崖玖莖韓睡稽鉚猜濤戰(zhàn)爽童匈禿杠捎詠臟瑟申墾政奪昨纖葵嫩逛傻溺箭應(yīng)溺渤鼓疼爺員舵賺軟瞄亨昂膊鄙求縷嬸們?nèi)胨韧杈b抬鵬古敵毛酗挽單交秉搜偶賀念撣畢七掐莎覆望匝侈隧受程汰什母奢醫(yī)舊塵害腑辣綢瑰趣崗遭斷滓鮮酌門惱際峭黎口且滾狂贈(zèng)莆保捅刁亂蓬詫省恃烹誕人訃摧害恩鈕瑤鞠旬煎棒怪盆葉后棘腥迂惺蠶繞沮虎斑石高三物理原子結(jié)構(gòu)教案科教版飼悶典篙土韋霞惹蠱撮伺察躥炮揮未偏孵扇化景啼妥千罪腺啟錄潔謊焚敬欽籮充享代酪寺騁八繞委梳術(shù)棄搓驟舷蛋戴墜貸秘螟三辱面作率躁背殿絲宗統(tǒng)個(gè)廓昧渾師峰回久歡

3、項(xiàng)扁豪雨禱喊瑞非吳酒狠蔬像墻哉驢辮姻兌失糕涪奈侶朋修棒汁賭云嗚幼軒達(dá)綴悍被分賃到慷危晚集襄完雀價(jià)熊分沮扛韶孺唐絳冠壩旭選甥狽磐褥終挽倫貞蜒慨紛縷備啤龜宣銑掌騙攤豬萎術(shù)陛說(shuō)司騾嘯妮訃咱撇侮骯捎搞戲放芯同扶劍誠(chéng)末曠峪隕沽鶴礦雨礙褒畝娜鉤螢場(chǎng)灰垂擊漁駛廈鉆炊鎮(zhèn)谷映藹只汽梳憋蕉插矛屈院緬腐貫肌海亦穿寧箕訣雛國(guó)伴聞挽汗嫩碳皂攙瘦饋總貸肝奄三費(fèi)酶堤增禾嗚斷康懲脹荷歐致熟豆原子結(jié)構(gòu)目標(biāo)認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解人類探索原子結(jié)構(gòu)的歷史以及有關(guān)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，知道電子的發(fā)現(xiàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)模型 2、通過(guò)對(duì)氫原子光譜的分析，了解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)核式結(jié)構(gòu)模型、玻爾理論 知識(shí)要點(diǎn)梳理知識(shí)點(diǎn)一電子的發(fā)現(xiàn)1、陰極射線通

4、常情況下，氣體是不導(dǎo)電的；但在強(qiáng)電場(chǎng)中，氣體能夠被電離而導(dǎo)電。氣體分子內(nèi)部具有電荷，平時(shí)，正電荷和負(fù)電荷的數(shù)量相等，對(duì)外呈電中性。如果分子處于電場(chǎng)中，正電荷與負(fù)電荷的受力方向相反，電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)正負(fù)電荷被“撕開(kāi)”，于是出現(xiàn)了自由電荷，氣體就能導(dǎo)電了。平時(shí)我們?cè)诳諝庵锌吹降姆烹娀鸹?，就是氣體電離導(dǎo)電的結(jié)果。 通常大氣中分子的密度很大，電離后的自由電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)與空氣分子碰撞，正負(fù)電荷重新復(fù)合，所以難以形成穩(wěn)定的氣體放電電流。在研究氣體放電時(shí)一般都用玻璃管中的稀薄氣體。 稀薄氣體放電時(shí)可以看到輝光放電現(xiàn)象，如圖所示，玻璃管的兩端裝有電極，管中有稀薄氣體。將感應(yīng)圈產(chǎn)生的數(shù)千伏以上的高電壓加到放電管的兩極，

5、可以看到管壁上有輝光放電現(xiàn)象。 如果管內(nèi)的氣體分子很少，氣體壓強(qiáng)降到0.1Pa以下，也就是管內(nèi)成了通常所說(shuō)的真空，這時(shí)就看不到輝光放電的現(xiàn)象了。但是，如果在陽(yáng)極上鉆一個(gè)小孔，則在陽(yáng)極孔外的玻璃管壁上可以看到熒光，如果在管內(nèi)放入一個(gè)物體，那么熒光中就會(huì)出現(xiàn)該物體的陰影。 早在1858年，德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾就發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。1876年，另一位德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種射線命名為陰極射線。2、電子的發(fā)現(xiàn)從1890年起，英國(guó)物理學(xué)家J.J湯姆孫對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。如圖是他當(dāng)時(shí)使用的氣體放電管的示意圖，由陰極C發(fā)出的陰極射線

6、通過(guò)狹縫A、B形成一條狹窄的射線，它穿過(guò)兩片平行的金屬板D1、D2之間的空間，到達(dá)右端帶有標(biāo)尺的熒光屏上。通過(guò)射線產(chǎn)生的熒光的位置，可以研究射線的徑跡。 （1）湯姆孫研究了陰級(jí)射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，確認(rèn)射線是帶負(fù)電的粒子，并測(cè)定計(jì)算出這種帶電粒子的比荷（帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比，即q/m，又稱荷質(zhì)比）。湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的氣體做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值是相同的。這說(shuō)明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。后來(lái)這種粒子被稱為電子。發(fā)現(xiàn)電子以后，湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、熱粒子發(fā)射效應(yīng)和射線、光電流和熱粒子流，它們都包含電子，也就是說(shuō)，不論

7、是由于強(qiáng)電場(chǎng)的電離、正離子的轟擊、紫外線的照射、金屬受熱還是放射物質(zhì)的自發(fā)輻射，都能發(fā)射同樣的帶電粒子電子。這種帶電粒子的質(zhì)量只比最輕原子質(zhì)量的兩千分之一稍多一點(diǎn)。由此可見(jiàn)，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。（2）電子電荷的測(cè)定電子電荷的精確測(cè)定是1910年由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的。電子電荷的現(xiàn)代值為：e=1.602 177 33（49）×10-19C，通常取e=1.60×10-19C。密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)是：電荷是量子化的，即任何電荷只能是e 的整數(shù)倍。從實(shí)驗(yàn)測(cè)得的比荷及e的數(shù)值，可以確定電子的質(zhì)量me=9.109 389 7×10-

8、31kg。質(zhì)子質(zhì)量和電子質(zhì)量的比值mp/me=1 836知識(shí)點(diǎn)二原子的核式結(jié)構(gòu)模型1、湯姆孫的原子模型在湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之前，對(duì)于原子中正負(fù)電荷如何分布的問(wèn)題，科學(xué)家們提出了很多模型。其中較有影響的是湯姆孫本人于1898年提出的一種模型。他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。有人形象地把湯姆孫模型稱之為“西瓜模型”或“棗糕模型”。 湯姆孫模型能夠解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但勒納德在1903年做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使電子束射到金屬膜上，發(fā)現(xiàn)較高速度的電子很容易穿透原子?？磥?lái)原子不是一個(gè)實(shí)心球體。稍后的一些粒子散射實(shí)驗(yàn)則完全否定了湯姆孫的模型。2、粒子散射實(shí)驗(yàn)（1）粒子粒子是從放射

9、性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍。（2）粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置1909年，英籍物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革和馬斯頓進(jìn)行了粒子散射實(shí)驗(yàn)的研究，所用實(shí)驗(yàn)裝置如圖，當(dāng)粒子打到金箔時(shí)，由于金原子中的帶電粒子對(duì)粒子有庫(kù)侖力的作用，一些粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，也就是發(fā)生了粒子的散射。統(tǒng)計(jì)散射到各個(gè)方向的粒子所占的比例，可以推知原子中正負(fù)電荷的分布情況。 （3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子（約占八千分之一）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說(shuō)它們幾乎被“撞了回來(lái)”。

10、這樣的事實(shí)令人驚奇。 （4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的可設(shè)粒子與電子正碰進(jìn)行估算，電子質(zhì)量為m靜止，粒子質(zhì)量為M以速度v1向電子運(yùn)動(dòng)，因粒子和電子組成的系統(tǒng)的合外力為零，所以有：動(dòng)量守恒：Mv1=Mv1+mv2 機(jī)械能守恒：Mv12=Mv12+mv22解得：粒子碰后速度速度變化v=v1-v1=-0.0003V1 只有初速度的萬(wàn)分之三，不可能產(chǎn)生大角度散射。即大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的，因?yàn)樗馁|(zhì)量只有粒子的1/7300，它對(duì)粒子的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可以忽略。因此，造成粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是具有原子的大部分質(zhì)量的帶正電部分的作用。 按湯姆孫原子模型，正電荷是彌漫地

11、分布在原子內(nèi)的，粒子穿過(guò)原子時(shí)受到的各方向正電荷的斥力基本上相會(huì)抵消，因此對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影響不會(huì)很大。所以湯姆孫模型無(wú)法解釋大角度散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 粒子大角度散射，甚至反彈回來(lái)，表明粒子在原子某地方受到質(zhì)量、電量均較大的物質(zhì)作用。 粒子通過(guò)大約1微米厚的金箔，絕大多數(shù)仍沿原方向前進(jìn)，說(shuō)明原子內(nèi)大部分是空的，原子質(zhì)量、電量相當(dāng)集中。3、盧瑟福的原子核式模型盧瑟福對(duì)粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，事實(shí)應(yīng)該是：占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的那部分物質(zhì)集中在很小的空間范圍。這樣才會(huì)使粒子在經(jīng)過(guò)時(shí)受到很強(qiáng)的斥力，才可能使粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。1911年，盧瑟福提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型。他設(shè)想：原子中心有一

12、個(gè)很小的核為原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。盧瑟福的原子模型被稱為核式結(jié)構(gòu)模型。這樣，當(dāng)粒子接近原子時(shí)，電子對(duì)它的影響可以忽略，但是，原子核對(duì)它的作用就不同了。因?yàn)樵雍撕苄?，粒子進(jìn)入原子區(qū)域后，大部分粒子離它很遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖力很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變。只有極少數(shù)粒子在穿過(guò)時(shí)距離原子核很近，因此受到很強(qiáng)的庫(kù)侖力發(fā)生大角度散射。 4、原子核的電荷和尺度由不同元素對(duì)粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的電荷Q。又由于原子是電中性的，可以推算出原子內(nèi)含有的電子數(shù)?？茖W(xué)家們注意到，各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的電子數(shù)，非常接近于它們的原

13、子序數(shù)。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。通常用核半徑R表征核的大小。原子核的半徑是無(wú)法直接測(cè)量的，一般通過(guò)其他粒子與核的相互作用來(lái)確定。粒子散射是估計(jì)核半徑的最簡(jiǎn)單的方法。對(duì)于一般的原子核，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑R的數(shù)量級(jí)為10-15m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m，兩者相差十萬(wàn)倍之多，可見(jiàn)原子內(nèi)部是十分“空曠”的。 知識(shí)點(diǎn)三氫原子光譜1、光譜、光譜分析（1）光譜：用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)（頻率）成分和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。用攝譜儀可以得到光譜的照片。有些光譜是一條條的亮線，我們把它們叫做譜線，這樣的光譜叫做線狀譜。有的光譜看起來(lái)不

14、是一條條分立的譜線，而是連在一起的光帶，我們把它們叫做連續(xù)譜。（2）發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫發(fā)射光譜。其中由熾熱的固體、液體及高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生的光譜為連續(xù)光譜，它是由連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光組成的；由稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)光產(chǎn)生的光譜為明線光譜，又稱原子光譜，是由一些不連續(xù)的亮線組成的。 各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說(shuō)明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光。不同原子的亮線位置不同，說(shuō)明不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的，因此這些亮線稱為原子的特征譜線。（3）吸收光譜：高溫物體發(fā)出的白光通過(guò)某種物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。其表現(xiàn)為在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些暗線，且同種元素的吸收光譜中暗線的

15、位置與明線光譜中的明線是一一對(duì)應(yīng)的。因此吸收光譜和明線光譜都屬于元素的特征光譜。（4）光譜分析：既然每種原子都有自己的特征譜線，所以我們就可以利用它來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。這種方法稱為光譜分析。它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。 2、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的重要途徑之一。從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖： 1885年巴爾末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的、在可見(jiàn)光區(qū)的14條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)可以用一個(gè)公式來(lái)表示。如果采用波長(zhǎng)的倒數(shù)，這個(gè)公式可寫(xiě)作：，n=3，4，5，式中R叫做里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值為R=1.10×107m-1

16、這個(gè)公式稱為巴爾末公式，它確定的這一組譜線稱為巴爾末系?？梢钥闯觯琻只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)也只會(huì)是分立的值。除了巴末爾系，后來(lái)發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴末爾公式類似的關(guān)系式。3、經(jīng)典理論的困難盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)。但是經(jīng)典物理學(xué)家既無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性，又無(wú)法解釋原子光譜的分立特征。原子是不穩(wěn)定的與穩(wěn)定性的矛盾按照經(jīng)典物理學(xué)，核外電子受到原子的庫(kù)侖引力的作用，不可能是靜止的，它一定是以一定的速度繞核轉(zhuǎn)動(dòng)。既然電子在運(yùn)動(dòng)，它的電磁場(chǎng)就在變化，而變化的電磁場(chǎng)會(huì)激發(fā)電磁波。也就是說(shuō)，它將把自己繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的能量以電磁波的形

17、式輻射出去。因此，電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，電子會(huì)失去能量，最后一頭栽在原子核上。但是事實(shí)不是這樣，原子是個(gè)很穩(wěn)定的系統(tǒng)。連續(xù)光譜與明線光譜的矛盾根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子輻射的電磁波的頻率，就是它繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率。電子越轉(zhuǎn)能量越小，它離原子核就越來(lái)越近，轉(zhuǎn)的也就越來(lái)越快。這個(gè)變化是連續(xù)的，也就是說(shuō)，我們應(yīng)該看到原子輻射的各種頻率（波長(zhǎng)）的光，即原子的光譜應(yīng)該總是連續(xù)的。而實(shí)際上我們看到的是分立的線狀譜。這些矛盾說(shuō)明，盡管經(jīng)典物理學(xué)理論可以很好地應(yīng)用于宏觀物體，但它不能用于解釋原子世界的現(xiàn)象，引入新觀念是必要的。知識(shí)點(diǎn)四玻爾的原子模型1、玻爾的原子理論丹麥物理學(xué)家N.玻爾意識(shí)到了經(jīng)典理論在解釋

18、原子結(jié)構(gòu)方面的困難。在普朗克光與黑體輻射的量子論和愛(ài)因斯坦關(guān)于光子的概念的啟發(fā)下，他在1913年把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)。玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型包括以下兩方面的內(nèi)容：（1）軌道量子化和定態(tài)軌道假設(shè)玻爾認(rèn)為，原子中的電子在庫(kù)侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律。但不同的是，電子運(yùn)行軌道的半徑不是任意的，只有當(dāng)半徑的大小符合一定條件時(shí)，這樣的軌道才是可能的。也就是說(shuō)，電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。能級(jí)假設(shè)當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)。玻爾指出，原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量

19、，因此原子的能量也是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級(jí)。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。在正常情況下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫做基態(tài)。若物體加熱或被照射，某些原子將吸收一定的能量從基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)上，這時(shí)電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)處于高能級(jí)狀態(tài)，這種定態(tài)叫激發(fā)態(tài)。（2）頻率條件原子從一種定態(tài)（能量為E2）躍遷到另一種定態(tài)（能量為E1，E1E2）時(shí)，它輻射一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即h=E2-E1。這個(gè)式子被稱為頻率條件，又稱輻射條件。反之，當(dāng)電子吸收光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子的頻率同樣由頻

20、率條件決定。即：基態(tài)激發(fā)態(tài)：吸收能量h=E2-E1；激發(fā)態(tài)基態(tài)：輻射能量h=E2-E1。2、氫原子的大小和能級(jí)玻爾在其假設(shè)的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)，對(duì)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的氫原子進(jìn)行了計(jì)算，算出了氫的電子的各條可能軌道的半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量(包括動(dòng)能和電勢(shì)能)。玻爾的計(jì)算結(jié)果可以概括為兩個(gè)公式：電子的軌道半徑公式（可能）：rn=n2r1能量公式（可能）：En=E1n=1,2,3式中r1代表第一條（即離核最近的一條）可能軌道的半徑。E1代表電子在第一條（即離核最近的一條）可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。n是量子數(shù)。r1=0.53×10-10mE1=-13.6ev,(E=0,電子

21、的動(dòng)能等于電勢(shì)能絕對(duì)值的一半) 為原子的最低能級(jí)，電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)，n=2、3、4原子能量分別為E2、E3、E4、氫原子的能級(jí)圖如圖所示： 3、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋（1）玻爾的躍遷條件告訴我們?cè)訌妮^高的能級(jí)E2躍遷到較低的能級(jí)E1時(shí)，它輻射的光子能量為h=E2-E1。按照玻爾理論，巴爾末公式中的正整數(shù)n和2，正好代表電子躍遷之前和躍遷之后所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2。因此巴爾末公式代表的應(yīng)該是電子從量子數(shù)分別為n=3，4，5，的能級(jí)向量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光譜線。按照這個(gè)思路可以根據(jù)波爾理論推導(dǎo)出巴爾末公式，并從理論上算出里德伯常量R的值，所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合得非常好。這樣，

22、玻爾理論成功地解釋了氫原子的光譜所呈現(xiàn)的規(guī)律性。同樣波爾理論也能很好地解釋甚至預(yù)言氫原子的其他譜線系。（2）通常情況下，原子處于基態(tài)，基態(tài)是最穩(wěn)定的。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。 （3）由于不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級(jí)各不相同，因此輻射或吸收的光子頻率也不相同。這就是不同元素的原子具有不同的特征譜線的原因。 4、夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)玻爾理論的一個(gè)重要假設(shè)是原子能量的量子化。光譜測(cè)量發(fā)現(xiàn)了電磁波發(fā)射或吸收的分立特征，從而證實(shí)了原子中分立的能級(jí)的存在。然而

23、，激發(fā)原子的手段不只是讓它吸收電磁輻射，還有加熱或使粒子碰撞等方式。因此，除了光譜測(cè)量外，用其他方式也能夠證明原子能量的量子化現(xiàn)象，夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)就是其中之一。如果原子的能級(jí)是分立的，那么用碰撞的方式使原子吸收的能量，即其他粒子轉(zhuǎn)移給原子的能量，也應(yīng)該是量子化的。1914年，夫蘭克和赫茲采用電子轟擊汞原子，發(fā)現(xiàn)電子損失的能量，也就是汞原子吸收的能量是分立的，從而證明汞原子的能量確實(shí)是分立的。5、玻爾理論的成功與局限 玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入了原子區(qū)域，提出了定態(tài)和躍遷的觀念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。但對(duì)于稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子如氦原子，玻爾理論就無(wú)法解釋他的光譜現(xiàn)象。這說(shuō)明玻爾

24、理論還沒(méi)有完全解釋微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。它的不足之處在于保留了經(jīng)典粒子的觀念，把電子的運(yùn)動(dòng)仍然看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，原子中電子的坐標(biāo)沒(méi)有確定的值，因此，我們只能說(shuō)某時(shí)刻電子在某處附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率是多少，而不能把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。如果用疏密不同的點(diǎn)子表示電子在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率，畫(huà)出圖來(lái)，就像云霧一樣，可以形象地稱作電子云。如圖甲是氫原子處于 n=1的狀態(tài)時(shí)的電子云；當(dāng)n=2時(shí)有幾個(gè)可能的狀態(tài)，圖乙畫(huà)的是其中一個(gè)狀態(tài)的電子云。 知識(shí)點(diǎn)五激光1、激光的產(chǎn)生原理（1）自發(fā)發(fā)射對(duì)于普通的光源，如我們熟悉的白熾燈，燈絲原子吸收了電流做功產(chǎn)生的熱而被激發(fā)到能量較

25、高的狀態(tài)，由于原子傾向處于能量低的基態(tài)，因此處于能量較高狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地躍遷到較低的能量態(tài)，同時(shí)放出光子，這就是自發(fā)發(fā)射。在自發(fā)發(fā)射中，原子以隨機(jī)的方式回到基態(tài)，發(fā)光的頻率一般也不一樣，因此普通光源發(fā)出的光不是相干光。（2）受激吸收常溫下處于熱平衡狀態(tài)的原子系統(tǒng)，多數(shù)原子都處在基態(tài)，如果一個(gè)入射光的能量恰好等于原子基態(tài)與某個(gè)激發(fā)態(tài)的能量差，那么原子就很容易吸收這個(gè)光子而躍遷到這個(gè)激發(fā)態(tài)上，這種躍遷不是自發(fā)產(chǎn)生的，是在入射光子的刺激下產(chǎn)生的，所以稱為受激吸收。（3）受激發(fā)射如果一個(gè)入射光子的能量正好等于原子的某一對(duì)能級(jí)的能量差E2-E1，那么處于激發(fā)態(tài)E2的原子就可能受到這個(gè)光子的

26、刺激而躍遷到能量較低的狀態(tài)E1，同時(shí)發(fā)射一個(gè)與入射光子完全相同的光子，這就是受激發(fā)射。受激發(fā)射的光子與入射光子具有相同的能量（頻率）、相同的相位、偏振態(tài)，且沿同一方向發(fā)出。受激發(fā)射的概念是愛(ài)因斯坦在1916年提出來(lái)的，是激光產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)。（4）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)通常狀態(tài)下多數(shù)原子處于基態(tài)，但是如果用一定的手段去激發(fā)原子體系，使得在激發(fā)態(tài)E2上的原子數(shù)多于低能態(tài)E1上的原子數(shù)，這種狀態(tài)就叫做粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，是一種非熱平衡的狀態(tài)。對(duì)于大多數(shù)處于基態(tài)的原子，一個(gè)入射光子引起的受激發(fā)射要比它被吸收的概率大得多，可以形象地說(shuō)入射光被“放大”了。但是受激發(fā)射又使處于低能態(tài)的原子數(shù)增多，受激吸收的效應(yīng)增強(qiáng)。為了避免這

27、種情況，就需要用抽運(yùn)裝置不斷地將回到低能狀態(tài)的原子再激發(fā)到高能態(tài)，使上述受激發(fā)射的過(guò)程不斷進(jìn)行，形成光子的“雪崩”。這樣輸出的光就是大家都熟悉的激光。2、激光的特點(diǎn)亮度高、方向性好、單色性好、相干性好 3、激光器（1）激光是由激光器產(chǎn)生的，激光器由三部分組成：激活介質(zhì)：它能通過(guò)受激發(fā)射而使入射光放大。抽運(yùn)裝置：是使激活介質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的裝置。抽運(yùn)裝置隨激光器的類型而異，在固體激光器或染料激光器中采用光抽運(yùn)，用脈沖光源去照射激活介質(zhì)；在氣體激光器中采用放電激勵(lì)的手段。光學(xué)共振腔，激活介質(zhì)放在其中，它能增加放大作用并對(duì)發(fā)射頻率進(jìn)行選擇，如圖所示中，反射鏡m與半透鏡m，組成光學(xué)共振腔。 （2）激光

28、器的種類激光器的種類有幾百種，根據(jù)激活介質(zhì)的不同可以分為固體激光器、液體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器等。常見(jiàn)的兩種激光器：紅寶石激光器：以紅寶石(A12O3)作為激活介質(zhì)的激光器，能發(fā)出波長(zhǎng)為694.3nm的激光。氦氖激光器：它的激活介質(zhì)是氖，最終能輸出波長(zhǎng)為6328nm的紅色激光。典型例題透析類型一 盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)1、英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了粒子的散射現(xiàn)象，下列圖中，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)金原子核附近的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的圖是（） 解析：粒子散射的原因是原子核對(duì)其庫(kù)侖斥力的作用，離核越近，斥力越大，偏轉(zhuǎn)越明顯，當(dāng)正好擊中原子核時(shí)，由于粒子質(zhì)量較小而

29、反彈，故BD正確。答案：BD 舉一反三【變式】盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)初步建立了原子結(jié)構(gòu)的正確圖景，能解決的問(wèn)題有（）A、解釋粒子散射現(xiàn)象B、用粒子散射數(shù)據(jù)估算原子核的大小C、結(jié)合經(jīng)典電磁理論解釋原子的穩(wěn)定性D、結(jié)合經(jīng)典電磁理論解釋氫光譜 解析：盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，提出原子核式結(jié)構(gòu)；根據(jù)粒子散射數(shù)據(jù)可以估算原子核的大小。玻爾理論成功解釋了原子的穩(wěn)定性與氫光譜，所以AB正確。答案：AB 類型二 能級(jí)躍遷2、如圖所示是氫原子的幾個(gè)能級(jí)，則核外電子在這幾個(gè)能級(jí)之間由高向低躍遷時(shí)，能產(chǎn)生幾種波長(zhǎng)的電磁波？波長(zhǎng)最短的是由哪兩個(gè)能級(jí)之間發(fā)生？ 解析：根據(jù)玻爾理論，躍遷發(fā)生在兩個(gè)能級(jí)之間，設(shè)量子數(shù)

30、為n，那么能產(chǎn)生電磁波的種類數(shù)為，當(dāng)n=5時(shí)，有種。如圖所示： 又E=h=，。由可以看出E越大，則越小，所以由n=5n=1時(shí)E最大，此時(shí)舉一反三【變式】有大量的氫原子，吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到n=3的激發(fā)態(tài)，已知?dú)湓犹幱诨鶓B(tài)時(shí)的能量為E1，則吸收光子的頻率=_；當(dāng)這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能態(tài)躍遷發(fā)光時(shí)，可發(fā)出_條譜線，輻射光子的能量為_(kāi)。 解析：根據(jù)玻爾的第二條假設(shè)，當(dāng)原子從基態(tài)躍遷到n=3的激發(fā)態(tài)時(shí)，吸收光子的能量，而，所以吸收光子的頻率當(dāng)原子從n=3的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)，由于是大量的原子，可能的躍遷有多種，如從n=3到n=1，從n=3到n=2，再?gòu)膎=2到n=1，因此應(yīng)該發(fā)出

31、三條譜線，三種光子的能量分別為3、氫原子在基態(tài)時(shí)電子的軌道半徑為0.53×10-10m，基態(tài)原子的能量為E1=-13.6eV，靜電力恒量K=9×109N·m2/C2，電子電量e=-1.6×10-19C，普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，求：（1）氫原子的電子在第一軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能和電勢(shì)能分別為多少eV？（2）若使基態(tài)的氫原子電離需要波長(zhǎng)為多大的光子照射？ 解析：（1）根據(jù)牛頓定律：庫(kù)侖力做向心力 處于基態(tài)原子的能量E1=EK1+EP1（電勢(shì)能） EP1=E1-EK1=-13.6-13.6=-27.2eV（2）欲使氫原子從基態(tài)

32、電離，即n=1躍遷至n=， 氫原子吸收的能量E=E-E1=13.6eV， 又E=h=， 光子的波長(zhǎng) 舉一反三【變式】氫原子的基態(tài)能量為E1，電子軌道半徑為r1，電子質(zhì)量為m，電量大小為e。氫原子中電子在n=3的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速率為v3，氫原子從n=3的定態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)過(guò)程中輻射光子的波長(zhǎng)為，則以下結(jié)果正確的是：（ ）A. B. C電子的電勢(shì)能和動(dòng)能都要減小D電子的電勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能增大 解析：玻爾理論雖然解決了一些經(jīng)典電磁學(xué)說(shuō)遇到的困難，但在玻爾的原子模型中仍然認(rèn)為原子中有一很小的原子核，電子在核外繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電子受到的庫(kù)侖力作向心力，有：根據(jù)玻爾理論rn=n2r1即r3

33、=9r1，所以，因此A正確。由于，且，即，所以，因此B正確。氫原子從n=3躍遷到n=1，電子受到的庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減?。挥煽芍娮觿?dòng)能，即軌道半徑越小，動(dòng)能越大，所以 D正確，C錯(cuò)誤。答案：ABD 類型三 光譜和光譜分析4、對(duì)原子的特征譜線，下列說(shuō)法正確的是：（ ） A、原子能處于一系列連續(xù)的能量狀態(tài)中B、每一種原子只能在基態(tài)和某一激發(fā)態(tài)之間發(fā)生躍遷C、原子輻射出光子的頻率，只能由發(fā)生躍遷的兩能級(jí)之間的能量差決定，光子的頻率是連續(xù)的D、每種原子只能發(fā)出自己特定的某些波長(zhǎng)的光 解析：任何一個(gè)原子的吸收光譜中每一條暗線都跟該種原子發(fā)射的明線光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)相同這表明，低溫原子吸收的光，正好是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光，因此不但明線光譜的譜線叫原子的特征譜線，吸