高考物理原子的核式結(jié)構(gòu)原子的能級

高考物理課件原子的核式結(jié)構(gòu)原子的能級第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第一單元原子的核式結(jié)構(gòu)·原子的能級一、原子的核式結(jié)構(gòu)二、玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型三、典型例題解析第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一、原子的核式結(jié)構(gòu)1.α粒子散射實驗2.原子的核式結(jié)構(gòu)3.原子、原子核的大小引言引言引言第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四湯姆生的棗糕式模型第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四湯姆生的棗糕式模型1.1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四湯姆生的棗糕式模型1.1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。2.湯姆生的棗糕式模型：原子是一個球體，正電荷均勻地分布在整個球內(nèi)，而電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里面。第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1.α粒子散射現(xiàn)象第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1.α粒子散射現(xiàn)象

絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進，少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了900,有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達到1800。演示第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四α粒子電子α粒子散射實驗第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四α粒子電子α粒子散射實驗重放第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四α粒子電子α粒子散射實驗重放第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四α粒子電子α粒子散射實驗第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2.原子的核式結(jié)構(gòu)第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2.原子的核式結(jié)構(gòu)

盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，經(jīng)過測定和計算，于1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學說：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。原子核所帶的單位正電荷數(shù)等于核外的電子數(shù)。第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四3.原子、原子核的大小第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四3.原子、原子核的大小從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核的大小約為10-15~10-14m。第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四3.原子、原子核的大小從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核的大小約為10-15~10-14m。原子的半徑大約是10-10m。第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四二、玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型1.玻爾理論的主要內(nèi)容2.氫原子的能級引言引言引言第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾1.原子的穩(wěn)定性；第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾1.原子的穩(wěn)定性；2.原子光譜是連續(xù)譜還是線狀譜。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1.玻爾理論的主要內(nèi)容第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1.玻爾理論的主要內(nèi)容⑴原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)?！☉B(tài)假設(shè)第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1.玻爾理論的主要內(nèi)容⑴原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)?！☉B(tài)假設(shè)⑵原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩定態(tài)的能量差決定，即hν=E初－E終?！S遷假設(shè)疑難辨析第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1.玻爾理論的主要內(nèi)容⑴原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)。——定態(tài)假設(shè)⑵原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩定態(tài)的能量差決定，即hν=E初－E終。——躍遷假設(shè)⑶原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的?！壍滥芗壔僭O(shè)疑難辨析第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四疑難辨析：第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四疑難辨析：hν=E初－E終適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍進遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發(fā)的情況，則不受此條件的限制。第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四疑難辨析：hν=E初－E終適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍進遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發(fā)的情況，則不受此條件的限制。這是因為，原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射擊光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四疑難辨析：hν=E初－E終適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍進遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發(fā)的情況，則不受此條件的限制。這是因為，原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射擊光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大。至于實物粒子和原子碰撞的情況，由于實物粒子的動能可全部或部分地為原子吸收，所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2.氫原子的能級第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2.氫原子的能級原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級。對于氫原子，其能級公式為：注第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2.氫原子的能級原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級。對于氫原子，其能級公式為：對應(yīng)的軌道半徑關(guān)系為：rn=n2r1注第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2.氫原子的能級原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級。對于氫原子，其能級公式為：對應(yīng)的軌道半徑關(guān)系為：rn=n2r1其中，n稱為量子數(shù)，只能取正整數(shù)E1=－13.6eV，r1=0.53×10－10m注補充說明第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和，因為在選無窮遠處電勢能為零的情況下，各定態(tài)的電勢能均為負值，且其大小總大于同一定態(tài)的動能值，所以各定態(tài)能量值均為負值，因此，不能根據(jù)氫原子的能級公式得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的錯誤結(jié)論。第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四

[例1]氫原子輻射一個光子后，則（A）電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大（B）電子的動能增大（C）氫原子電勢能增大（D）原子的能級值增大解析第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四

[例1]氫原子輻射一個光子后，則（A）電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大（B）電子的動能增大（C）氫原子電勢能增大（D）原子的能級值增大[例2]欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是（A）用10.2eV的光子照射（B）用11eV的光子照射（C）用14eV的光子照射（D）用11eV的電子碰撞解析解析第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道。在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道。在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力：

可見，電子運動半徑越小，其動能越大。第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道。在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力：

可見，電子運動半徑越小，其動能越大。再結(jié)合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，氫原子放出光子，輻射出一定的能量，所以原子的總能量減少。第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查：⑴玻爾理論，⑵庫侖定律和向心力，⑶電勢能正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道。在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應(yīng)減小。另由經(jīng)典電磁理論，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力：

可見，電子運動半徑越小，其動能越大。再結(jié)合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，氫原子放出光子，輻射出一定的能量，所以原子的總能量減少。綜上討論，可知該題只有答案（B）正確。第50頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解.第51頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解.正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而基態(tài)氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者。第52頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解.正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而基態(tài)氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者。對于14eV的光子，其能量大于氫原子的電離能(13.6eV)，足以使氫原子電離——使電子脫離核的束縛而成為自由電子，因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律不難知道，氫原子吸收14eV的光子電離后產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0.4eV的動能。第53頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四解析：該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解.正確的思路為：由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之