高中物理原子世界探秘课件沪科版选修3.ppt

第3章 原子世界探秘复习 一 电子的发现1 汤姆生对阴极射线进行了一系列的实验研究 1897年 他确认阴极射线是带负电的粒子 汤姆生发现电子 由于电子的发现 人们认识到原子不是组成物质的最小微粒 原子本身也有结构 2 汤姆生原子模型 原子是一个球体 正电荷均匀分布在整个球内 而电子却像枣子那样镶嵌在原子里面 这个模型能解释一些实验事实 但无法解释 粒子散射实验 二 原子的核式结构1 粒子散射实验 1909年至1911年绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 少数 粒子发生了较大的偏转 并有极少数的 粒子偏转角超过了90 有些甚至被弹回 偏转角几乎达到180 2 卢瑟福原子模型 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里绕着核旋转 卢瑟福的原子核式模型 能解释 粒子散射实验 却与经典的电磁理论发生了矛盾 3 原子核的电荷和大小 根据卢瑟福的原子核式模型和 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米 原子核半径约是10 14米 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 三 玻尔的原子模型1 玻尔的原子理论 1 原子只处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然做加速运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫做定态 2 原子从一种定态 设能量为e1 跃迁到另一种定态 设能量为e2 时 它辐射或吸收一定频率的光子 光子的能量由这两种定态的能量差决定 3 原子的不同能量状态对应于电子的不同运动轨道 由于原子的能量状态是不连续的 因此电子的可能轨道也是不连续的 2 氢原子的大小和能极 玻尔的计算结果可以概括为两个公式 n是正整数 叫做量子数 玻尔计算出了r1和e1的数值 玻尔的原子理论对氢光谱的解释 4 玻尔理论的局限性 玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念 失败之处在于它保留了过多的经典物理理论 20世纪20年代 建立了量子力学 量子力学是一种彻底的量子理论 它不但成功解释了玻尔理论能解释的现象 而且能够解释大量的玻尔理论所不能解释的现象 四 量子理论 电子云 当原子处于不同的状态时 电子在各处出现的概率是不一样的 如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率 画出图来 就像云雾一样 形象地称做电子云 典型例题 例1 卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是 在用 粒子轰击金箔的实验中发现 粒子 a 全部穿过或发生很小的偏转 b 绝大多数穿过 只有少数发生很大偏转 甚至极少数被弹回 c 绝大多数发生很大的偏转 甚至被弹回 只有少数穿过 d 全部发生很大的偏转 分析 粒子轰击金箔的实验结果是 绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 少数 粒子发生了较大角度的偏转 且有极少数 粒子偏转角超过了90 有的甚至被弹回 卢瑟福根据这个实验事实提出了原子的核式结构学说 答 选项b正确 例2 氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时 可能发生的情况有 a 放出光子 电子动能减小 原子势能增加 b 放出光子 电子动能增加 原子势能减少 c 吸收光子 电子动能减小 原子势能增加 d 吸收光子 电子动能增加 原子势能减小 分析 根据玻尔理论 氢原子的不同定态是跟核外电子绕不同圆形轨道运动相对应的 氢原子的各个定态的能量值 包括电子的动能和电子与核子之间的电势能 称为各个定态的能级 用en表示电子在第n轨道上的原子能级 用e1表示电子在第1轨道上的原子能级 且 这表明电子在外轨道的能级高于电子在内轨道时的能级 又根据原子由高能级向低能级跃迁要放出一个光子 原子由低能级向高能级跃迁要吸收一个光子 可见 原子放出光子是电子由外轨道向内轨道跃迁 原子吸收光子是电子由内轨道向外轨道跃迁 根据电子绕原子核做匀速圆周运动的动力学方程得到电子绕核运转时动能的表达式由上式可以看出 电子在半径较大的轨道上运行时 动能反而小 根据电子与原子核间的作用力是引力 电子由较低轨道跃迁到较高轨道时 电场力做负功 电势能增加 因此 当原子放出光子时 是电子从高轨道向较低轨道跃迁 电子的动能增加 原子的势能减少 总能量亦减少 选项b正确 当原子吸收光子时 是电子从较低轨道向较高轨道跃迁 电子的动能减小 原子的势能增加 原子的总能量增加 选项c正确 答 选项b c正确 说明 电子在半径为r的轨道上绕核做匀速圆周运动时 电子具有的动能设电子距原子核为无穷远时 原子的电势能为零 那么 电子在半径为r的轨道上绕核运行时 原子的电势能原子具有的总能量 例3 一群处于n 5的激发态的氢原子 当它们向n 2的能级跃迁时 可能辐射n种频率的光子 其中光子的最大和最小的频率各为多少 分析 原子辐射光子的能级跃迁情况如图所示 原子由第5能级向第2能级跃迁时 辐射的光子能量最大 频率也最大 原子由第5能级向第4能级跃迁时 辐射的光子