【红对勾】高考物理复习 162 原子结构课件.ppt

课时2原子结构 梳理知识突破难点 课前自主学习 知识回顾 1 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 德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的 所以他把这种未知射线称之为阴极射线 2 对于阴极射线的本质 有大量的科学家做出大量的科学研究 主要形成了两种观点 1 电磁波说 代表人物 赫兹 认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程 2 粒子说 代表人物 汤姆孙 认为这种射线的本质是一种高速粒子流 3 美国物理学家密立根利用油滴实验测量出电子的电荷量 密立根通过实验还发现 电荷具有量子化的特征 即任何电荷只能是e的整数倍 电子的质量 m 9 1 10 31kg 电子的电荷量 e 1 6 10 19c 基础自测 一种测定电子比荷的实验装置如图3所示 真空玻璃管内 阴极k发出的电子经阳极a与阴极k之间的高压加速后 形成一细束电子流 以平行于平板电容器极板的速度进入两极板c d间的区域 若两极板c d间无电压 电子将打在荧光屏上的o点 若在两极板间施加电压u 则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的p点 若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外 磁感应强度为b的匀强磁场 则电子在荧光屏上产生的光点又回到o 已知极板的长度l 5 00cm c d间的距离d 1 50cm 极板区的中点m到荧光屏中点o的距离为l 12 50cm u 200v b 6 3 10 4t p点到o点的距离y 3 0cm 试求电子的比荷 知识回顾 1 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子 说明原子也是可分的 2 卢瑟福用 粒子轰击金箔 发现绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原方向前进 少数的 粒子发生较大角度偏转 极少数发生大角度偏转 个别的达到180 而反向弹回 3 卢瑟福提出原子核式结构学说 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量 带负电的电子在核外绕核旋转 从 粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为10 14m 3 实验结果 粒子穿过金箔后 绝大多数沿原方向前进 少数发生较大角度偏转 极少数偏转角度大于90 甚至被弹回 粒子的大角度散射现象无法用汤姆生的原子模型解释 粒子散射实验的结果揭示了 原子内部绝大部分是空的 原子内部有一个很小的 核 2 原子的核式结构卢瑟福对 粒子散射实验结果进行了分析 于1911年提出了原子的核式结构学说 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所有的质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外空间里绕着核旋转 原子核所带的单位正电荷数等于核外电子数 原子的直径大约是10 10m 原子核的直径约为10 15 10 14m 3 核式结构模型对 粒子散射实验的解释 1 因为原子核很小 原子的大部分空间是空的 大部分 粒子穿过金箔时离核很远 受到的库仑力很小 运动几乎不受影响 因而 大部分 粒子穿过金箔后 运动方向几乎不改变 2 只有少数 粒子从原子核附近飞过 受到原子核的库仑力较大 才发生较大角度的偏转 基础自测 在卢瑟福的 粒子散射实验中 有极少数 粒子发生大角度偏转 其原因是 a 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上b 正电荷在原子中是均匀分布的c 原子中存在着带负电的电子d 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析 由题意 极少数 粒子发生大角度偏转 说明 粒子受到很大的库仑斥力 极少数 意味着 粒子接近核的机会很小 说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 答案 a 知识回顾 1 光谱 复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱 2 发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱 发射光谱有连续光谱和明线光谱两种 连续光谱由炽热的固体 液体或高压气体所发出的光形成 明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的 原子的特征光谱为明线光谱 不同原子的明线光谱不同 3 吸收光谱 吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光 通过温度较低的蒸气或气体后产生的 太阳光谱为吸收光谱 基础自测 根据巴耳末公式 指出氢原子光谱在可见光范围内最长波长与最短波长所对应的n 并计算其波长 答案 n 3时 波长最长 6 55 10 7mn 时 波长最短 3 64 10 7m 知识回顾 1 玻尔的原子模型 是以假说的形式提出来的 它包括以下三方面的内容 1 轨道假设 即轨道是量子化的 只能是某些分立的值 2 定态假设 即不同的轨道对应着不同的能量状态 这些状态中原子是稳定的 不向外辐射能量 3 跃迁假设 原子在不同的状态具有不同的能量 从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子 该光子的能量等于这两个状态的能级差 2 能级 在玻尔模型中 原子的可能状态是不连续的 因此各状态对应的能量也是不连续的 这些能量值叫能级 3 基态与激发态 能量最低的状态叫做基态 其他能量状态叫激发态 4 光子的发射与吸收 原子由激发态向基态跃迁时发射出光子 由基态向激发态跃迁时要吸收光子 光子的频率与能级的关系 h em en 要点深化 1 对原子跃迁条件的理解 1 原子从低能级向高能级跃迁 吸收一定能量的光子 当一个光子的能量满足h e末 e初时 才能被某一个原子吸收 使原子从低能级e初向高能级e末跃迁 而当光子能量h 大于或小于e末 e初时都不能被原子吸收 2 原子从高能级向低能级跃迁 以光子的形式向外辐射能量 所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差 3 原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某两个能级之差 或者是吸收能量大于或等于其电离能 使电子成为自由电子 所以当原子吸收光子时 由于光子不可分 故其必须选择能量满足上述原则的光子 当原子吸收实物粒子 如电子 能量时 原子可以根据 需要 吸收其中的一部分能量 也即对电子的能量没有条件限制 2 氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r1 量子数为n的激发态轨道半径为rn 则有 rn n2r1 n 1 2 3 设基态能量为e1 量子数为n的激发态能量为en 则有 en n 1 2 3 对于氢原子而言 r1 0 53 10 10m e1 13 6ev 基础自测 欲使处于基态的氢原子激发 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的电子碰撞 解析 由 玻尔理论 的跃迁假设可知 氢原子只能吸收能量刚好等于两能级之差的光子 由氢原子能级关系不难算出 10 2ev刚好为氢原子n 1和n 2的两能级之差 而11ev则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差 故选项a正确 b错 对14ev的光子 其能量大于氢原子电离能 足可使 氢原子 电离不受氢原子能级间跃迁条件限制 由能的转化和守恒定律不难知道 氢原子吸收14ev的光子电离后产生的自由电子仍具有0 4ev的动能 故选项c正确 另外 用电子去碰撞氢原子时 入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收 所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差 也可使氢原子激发 故正确选项为a c d 注意用11ev的光子照射和用11ev的电子碰撞其结果是不同的 因为用11ev的电子碰撞后其动能可能部分地被原子吸收 吸收的能量刚好等于基态与某个激发态能级之差 就可使氢原子激发 答案 acd 师生互动规律总结 课堂讲练互动 例1 卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析 提出 a 原子的核式结构模型b 原子核内有中子存在c 电子是原子的组成部分d 原子核是由质子和中子组成的 解析 英国物理学家卢瑟福的 粒子散射实验的结果是绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进 但有少数 粒子发生较大的偏转 粒子散射实验并不涉及原子核内的结构 查德威克在用 粒子轰击铍核的实验中发现了中子 卢瑟福用 粒子轰击氮核时发现了质子 选a 电子是汤姆孙发现的 c不正确 答案 a 题后反思汤姆孙研究阴极射线发现电子说明原子是可分的 电子是原子的组成部分 卢瑟福通过 粒子散射实验说明了原子的结构是核式结构 并不能说明原子核由质子和中子组成 在贝克勒尔发现了天然放射现象后人们才认识到原子核也是可分的 变式1 1二十世纪初 为了研究物质内部的结构 物理学家做了大量的实验 揭示了原子内部的结构 发现了电子 中子和质子 图5是 a 卢瑟福的 粒子散射实验装置b 卢瑟福发现质子的实验装置c 汤姆孙发现电子的实验装置d 查德威克发现中子的实验装置解析 由物理学史易知 答案 a 例2 用光子能量为e的单色光照射容器中处于基态的氢原子 停止照射后 发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子 它们的频率由低到高依次为 1 2 3 由此可知 开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为 h 1 h 3 h 1 2 h 1 2 3 以上表示式中 a 只有 正确b 只有 正确c 只有 正确d 只有 正确 解析 容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子 说明氢原子处于n 3能级上 由玻尔理论可知 h 3 e3 e1 h 2 e2 e1 h 1 e3 e2 且h 3 h 1 h 2 所以照射光能量可以表示为 或 故选项c正确 答案 c 题后反思分析求解原子跃迁问题 一是要熟悉氢原子能级图 二是电子跃迁过程符合能量守恒定律 三是原子对光子能量的吸收是具有选择性的 变式2 1如图6所示为氢原子最低的四个能级 当氢原子在这些能级间跃迁时 1 有可能放出 种能量的光子 2 在哪两个能级间跃迁时 所放出光子波长最长 波长是多少 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 1 2011 天津卷 下列能揭示原子具有核式结构的实验是 a 光电效应实验b 伦琴射线的发现c 粒子散射实验d 氢原子光谱的发现解析 光电效应实验说明光具有粒子性 故a错误 伦琴射线为电磁波 故b错误 卢瑟福由 粒子散射实验建立了原子的核式结构模型 故c正确 氢原子光谱的发现说明原子光谱是不连续的 故d错误 答案 c 3 有关氢原子光谱的说法正确的是 a 氢原子的发射光谱是连续光谱b 氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光c 氢原子光谱说明氢原子能级是分立的d 氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析 原子光谱是明线光谱 则a错误 b正确 电子跃迁形成光谱线 光谱线不连续则能级不连续 所以c正确 由h e2 e1知d错误 答案 bc 4 在氢原子光谱中 电子从较高能级跃迁到n 2能级发出的谱线属于巴耳末线系 若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系 则这群氢原子自发跃迁时最多可发出 条不同频率的谱线 解析 因