《原子结构》ppt课件

1、 原子构造原子构造 . 约瑟夫约瑟夫约翰约翰汤拇逊汤拇逊 (18561940)，著名的英国，著名的英国 物理学家，以其对电子和同位物理学家，以其对电子和同位 素的实验著称。他是第三任卡素的实验著称。他是第三任卡 文迪许实险室主任。他发现了文迪许实险室主任。他发现了 电子，并且获得了诺贝尔物理电子，并且获得了诺贝尔物理 学奖。学奖。 问题问题1：英国物理学家汤姆孙在研讨阴极射线时发现了什：英国物理学家汤姆孙在研讨阴极射线时发现了什 么？么？ 发现阴极射线的本质是带负电的粒子，而不是电磁波。发现阴极射线的本质是带负电的粒子，而不是电磁波。 汤姆孙把新发现的这种粒子称之为电子。汤姆孙把新发现的这种粒

2、子称之为电子。 问题问题2：电子的电荷量是多少？：电子的电荷量是多少？ e1.6021773310-19C 第一次较为准确丈量出电子电荷量的是美国物理学家密立第一次较为准确丈量出电子电荷量的是美国物理学家密立 根利用油滴实验丈量出的。密立根经过实验还发现，电荷根利用油滴实验丈量出的。密立根经过实验还发现，电荷 具有量子化的特征。即任何电荷只能是具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。的整数倍。 罗伯特罗伯特安德鲁安德鲁密立根密立根 (Robert Andrews Millikan， 18681953)，美国实验物理，美国实验物理 学家。学家。 密立根以其实验的准确著密立根以其实验的准确著

3、 名。他的务虚、严谨细致，富名。他的务虚、严谨细致，富 有发明性的实验作风也成为物有发明性的实验作风也成为物 理界的楷模。理界的楷模。 主要成果：主要成果： 油滴实验测元电荷油滴实验测元电荷 准确测定普朗克常量准确测定普朗克常量 问题问题3：电子的质量是多少？：电子的质量是多少？ m9.10938971031kg 问题问题4：质子质量与电子质量的比值是多少？：质子质量与电子质量的比值是多少？ 1836 p e m m 组成阴极射线的粒子被称为组成阴极射线的粒子被称为_。【例题【例题1 1】 电子电子 一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，假设一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，假设 在管的正下方

4、，放一通电直导线在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射时，发现射 线径迹向下偏，那么线径迹向下偏，那么( ) A导线中的电流由导线中的电流由A流向流向B B导线中的电流由导线中的电流由B流向流向A C假设要使电子束的径迹往上偏，可以经过假设要使电子束的径迹往上偏，可以经过 改动改动AB中的电流方向来实现中的电流方向来实现 D电子束的径迹与电子束的径迹与AB中的电流方向无关中的电流方向无关 A BC B 【例题【例题2 2】 新课：新课： 一、汤姆孙的原子模型：一、汤姆孙的原子模型： 问题：汤姆孙提出的原子模型是什么？问题：汤姆孙提出的原子模型是什么？ 英国物理学家汤姆孙以为原子内正电荷均匀

5、分布在其中，英国物理学家汤姆孙以为原子内正电荷均匀分布在其中， 电子只是在振动，原子里是电子只是在振动，原子里是“实的。由此他提出了实的。由此他提出了 “枣糕式原子构造，如下图：枣糕式原子构造，如下图： 汤姆生原子模型汤姆生原子模型 电子电子 二、二、粒子散射实验：粒子散射实验： 问题问题1：粒子散射实验的实验安装由哪几部分组成呢？粒子散射实验的实验安装由哪几部分组成呢？ 如下图，如下图，粒子散射实验的安装主要由放射源、金箔、粒子散射实验的安装主要由放射源、金箔、 荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。 问题问题2：用：用粒子粒子(He的原子核的原子核)射击重

6、的金属箔，经过转射击重的金属箔，经过转 动圆盘用望远镜在各个方向上察看散射后的动圆盘用望远镜在各个方向上察看散射后的粒子，他粒子，他 发现了什么景象？发现了什么景象？ 绝大多数绝大多数粒子不发生偏转，少数粒子不发生偏转，少数粒子却发生了较大的粒子却发生了较大的 偏转，并且有极少数偏转，并且有极少数粒子偏转角超越了粒子偏转角超越了900，有的甚至，有的甚至 被弹回，偏转角几乎到达被弹回，偏转角几乎到达1800。 问题问题3：根据汤姆孙的：根据汤姆孙的“枣糕式原子构造模型，枣糕式原子构造模型，粒子粒子 的散射结果应该如何？的散射结果应该如何？ 如下图，根据汤姆孙的如下图，根据汤姆孙的“枣糕式原子构

7、造模型，枣糕式原子构造模型，粒粒 子的散射结果不会出现大角度散射、甚至被弹回的情况，子的散射结果不会出现大角度散射、甚至被弹回的情况， 这与这与粒子散射实验的景象相矛盾。粒子散射实验的景象相矛盾。 电子电子 正电荷正电荷 粒子粒子 问题问题4：从：从粒子散射实验的景象中他想到了什么呢？粒子散射实验的景象中他想到了什么呢？ 1大多数大多数粒子不偏转的缘由是它们运动过程中没有遭粒子不偏转的缘由是它们运动过程中没有遭 到妨碍，阐明原子内几乎是到妨碍，阐明原子内几乎是“空的。空的。 问题问题4：从：从粒子散射实验的景象中他想到了什么呢？粒子散射实验的景象中他想到了什么呢？ 2少数少数粒子发生较大偏转，

8、阐明有带正电的物质对它粒子发生较大偏转，阐明有带正电的物质对它 们产生库仑斥力的作用。们产生库仑斥力的作用。 问题问题4：从：从粒子散射实验的景象中他想到了什么呢？粒子散射实验的景象中他想到了什么呢？ 3极少数极少数粒子发生大角度偏转，阐明它们和某种物质粒子发生大角度偏转，阐明它们和某种物质 发生了撞击，而且这种物质占据了很小的空间。发生了撞击，而且这种物质占据了很小的空间。 过渡：卢瑟福在过渡：卢瑟福在1911年提出了原子的年提出了原子的“核式构造模型。核式构造模型。 三、原子的核式构造模型：三、原子的核式构造模型： 问题：原子的核式构造模型指的是什么？问题：原子的核式构造模型指的是什么？

9、在原子的中心有一个很小的核在原子的中心有一个很小的核(原子核原子核)，它集中了原子，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宏的全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外宏 大的空间绕核运动。大的空间绕核运动。 四、原子和原子核的大小：四、原子和原子核的大小： 问题问题1：原子直径的数量级为多少？：原子直径的数量级为多少？ 10-10m。 问题问题2：原子核的大小约为多少？：原子核的大小约为多少？ 10-15m。原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，。原子核的半径只相当于原子半径的万分之一， 体积只相当于原子体积的万亿分之一。体积只相当于原子体积的万亿分之一。 卢瑟福的

10、原子核式构造包括以下哪些内容卢瑟福的原子核式构造包括以下哪些内容( ) A原子的中心有一个很小的原子核原子的中心有一个很小的原子核 B原子核是由质子和中子组成原子核是由质子和中子组成 C原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里子核里 D电子在核外空间绕原子核旋转电子在核外空间绕原子核旋转 ACD【例题【例题1 1】 卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒子散射实验中，有少数粒子发生大粒子发生大 角度偏转，其缘由是角度偏转，其缘由是( ) A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很 小的核上小的核上 B正电荷在原子

11、中是均匀分布的正电荷在原子中是均匀分布的 C原子中存在带负电的电子原子中存在带负电的电子 D原子只能处在一系列不延续的能量形状中原子只能处在一系列不延续的能量形状中 A 【例题【例题2 2】 卢瑟福卢瑟福粒子散射实验的结果粒子散射实验的结果( ) A证明了质子的存在证明了质子的存在 B证明了原子核是由质子和中子组成的证明了原子核是由质子和中子组成的 C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都证明了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里集中在一个很小的核里 D阐明了原子中的电子只能在某些轨道上运动阐明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 C【例题【例题3 3】 新课：新课： 一、光谱

12、：一、光谱： 早在早在17世纪，牛顿就发现了日光经过三棱镜后的色散景世纪，牛顿就发现了日光经过三棱镜后的色散景 象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。 问题问题1：光谱的分类有哪些？：光谱的分类有哪些？ 光谱分发射光谱和吸收光谱。光谱分发射光谱和吸收光谱。 问题问题2：什么叫发射光谱？：什么叫发射光谱？ 物体发光直接产生的光谱叫发射光谱。物体发光直接产生的光谱叫发射光谱。 问题问题3：发射光谱的分类有哪些？：发射光谱的分类有哪些？ 发射光谱分延续光谱和明线光谱。发射光谱分延续光谱和明线光谱。 问题问题4：什么叫延续光谱和明线光谱？：什么叫延续光谱和明线光谱

13、？ 1延续光谱：由延续分布的一切波长的光延续光谱：由延续分布的一切波长的光(一切单色光一切单色光) 组成的光谱。由炽热的固体、液体及高压气体产生。例组成的光谱。由炽热的固体、液体及高压气体产生。例 如：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都如：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都 构成延续光谱。如下图：构成延续光谱。如下图： 问题问题4：什么叫延续光谱和明线光谱？：什么叫延续光谱和明线光谱？ 2明线光谱：由一些不延续的亮线组成的光谱。明线明线光谱：由一些不延续的亮线组成的光谱。明线 光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应于不同的波长的光。光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应于不同的波长的光

14、。 通常气压下，炽热的气体通常气压下，炽热的气体(稀薄气体稀薄气体)或金属蒸气产生的或金属蒸气产生的 光谱，由游离形状的原子的发射而产生的，所以也叫原光谱，由游离形状的原子的发射而产生的，所以也叫原 子光谱。子光谱。 实验证明：每种元素的原子都有一定的明线光谱，每种实验证明：每种元素的原子都有一定的明线光谱，每种 原子只能发出具有本身特性的某些波长的光，因此，明原子只能发出具有本身特性的某些波长的光，因此，明 线光谱的谱线叫做原子的特征谱线。如下图：线光谱的谱线叫做原子的特征谱线。如下图： 问题问题5：什么叫吸收光谱？：什么叫吸收光谱？ 高温物体发出白光，经过物质时，某些波长的光被物质高温物体

15、发出白光，经过物质时，某些波长的光被物质 吸收后产生的光谱。吸收后产生的光谱。 实验证明：各种原子的吸收光谱中的每一条暗线，都跟实验证明：各种原子的吸收光谱中的每一条暗线，都跟 该种原子的明线光谱中的一条明线相对应。这阐明，低该种原子的明线光谱中的一条明线相对应。这阐明，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。的光。 因此，吸收光谱中的暗线，也就是原子的特征谱线，只因此，吸收光谱中的暗线，也就是原子的特征谱线，只 是通常看到的要比明线光谱中少一些。如下图为钠和太是通常看到的要比明线光谱中少一些。如下图为钠和太 阳的吸收光谱：阳

16、的吸收光谱： 二、光谱分析：二、光谱分析： 问题问题1：什么叫光谱分析呢？：什么叫光谱分析呢？ 由于每种原子都有本人的特征谱线，因此可以根据光谱由于每种原子都有本人的特征谱线，因此可以根据光谱 来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法叫做光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法叫做光谱 分析。分析。 问题问题2：光谱分析法是由谁开创的呢？：光谱分析法是由谁开创的呢？ 基尔霍夫。基尔霍夫。 问题问题3：光谱分析的优点是什么？：光谱分析的优点是什么？ 灵敏度高。样本中一种元素的含量到达灵敏度高。样本中一种元素的含量到达10-10g时就可以时就可以 被检测到。被检测到。 问题问题4：光谱分析还有

17、什么用途呢？：光谱分析还有什么用途呢？ 原子光谱的不延续性反映出原子构造的不延续性，所以原子光谱的不延续性反映出原子构造的不延续性，所以 光谱分析也可以用于探求原子的构造。光谱分析也可以用于探求原子的构造。 二、氢原子光谱的实验规律：二、氢原子光谱的实验规律： 问题：氢原子光谱的实验规律是什么？问题：氢原子光谱的实验规律是什么？ 1885年，巴耳末对当时知的，在可见光区的四条谱线作年，巴耳末对当时知的，在可见光区的四条谱线作 了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示： ，n3、4、5 式中的式中的R叫做里德伯常量，叫做里德伯常量，R1.1010

18、7m-1。这个公。这个公 式称为巴尔末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。式称为巴尔末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。 除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的 其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。其它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 22 111 2 R n 三、经典实际的困难：三、经典实际的困难： 问题问题1：经典实际在解释原子构造方面的困难何在？：经典实际在解释原子构造方面的困难何在？ 1卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存在，卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存在， 很好地解释了很好地解释了粒子散射实验

19、。但是。经典物理学既无粒子散射实验。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。法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。 三、经典实际的困难：三、经典实际的困难： 问题问题1：经典实际在解释原子构造方面的困难何在？：经典实际在解释原子构造方面的困难何在？ 2按经典物理学电子绕核旋转，做加速运动，电子将按经典物理学电子绕核旋转，做加速运动，电子将 不断向周围辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐不断向周围辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐 渐接近原子核，最后落入原子核中。但现实上原子是个渐接近原子核，最后落入原子核中。但现实上原子是个 稳定的系统。稳定的

20、系统。 三、经典实际的困难：三、经典实际的困难： 问题问题1：经典实际在解释原子构造方面的困难何在？：经典实际在解释原子构造方面的困难何在？ 3轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是延轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是延 续的，续的， 原子光谱应是延续的光谱。而实践上看到的是分原子光谱应是延续的光谱。而实践上看到的是分 立的线状谱。立的线状谱。 三、经典实际的困难：三、经典实际的困难： 问题问题2：这些矛盾阐明了什么问题？：这些矛盾阐明了什么问题？ 虽然经典物理学实际可以很好地运用于宏观物休，但它虽然经典物理学实际可以很好地运用于宏观物休，但它 不能解释原子世界的景象，引入新观念是

21、必要的。不能解释原子世界的景象，引入新观念是必要的。 关于光谱和光谱分析的以下说法正确的选项是关于光谱和光谱分析的以下说法正确的选项是 ( ) A日光灯产生的光谱是延续光谱日光灯产生的光谱是延续光谱 B太阳光谱中的暗线阐明太阳上短少与这些暗太阳光谱中的暗线阐明太阳上短少与这些暗 线相对应的元素线相对应的元素 C我们能经过光谱分析鉴别月球的物质成份我们能经过光谱分析鉴别月球的物质成份 D延续光谱是不能用来作光谱分析的延续光谱是不能用来作光谱分析的 D【例题【例题1 1】 以下关于光谱的说法正确的选项是以下关于光谱的说法正确的选项是( ) A炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是延炽热固体、液体和高

22、压气体发出的光谱是延 续光谱续光谱 B各种原子的线状光谱中的明线和它的吸收光各种原子的线状光谱中的明线和它的吸收光 谱中的暗线必定一一对应谱中的暗线必定一一对应 C气体发出的光只能产生线状光谱气体发出的光只能产生线状光谱 D甲物质发出的白光经过低温的乙物质蒸气可甲物质发出的白光经过低温的乙物质蒸气可 得到甲物质的吸收光谱得到甲物质的吸收光谱 A【例题【例题2 2】 新课：新课： 玻尔玻尔1885.10.071962.11.18) 丹麦物理学家，哥丹麦物理学家，哥 本哈根学派的开创人，曾获本哈根学派的开创人，曾获1922年诺贝尔物理学奖。他年诺贝尔物理学奖。他 经过引入量子化条件，提出了玻尔模型

23、来解释氢原子光经过引入量子化条件，提出了玻尔模型来解释氢原子光 谱，提出对应原理，互补原理和哥本哈根诠释来解释量谱，提出对应原理，互补原理和哥本哈根诠释来解释量 子力学，对二十世纪物理学的开展影响深远。子力学，对二十世纪物理学的开展影响深远。 在成为物理学家前，他还当过一段时间的足球运发在成为物理学家前，他还当过一段时间的足球运发 动，曾效能于丹麦的一家足球俱乐部，位置是守门员。动，曾效能于丹麦的一家足球俱乐部，位置是守门员。 一、玻尔原子实际的根本假设：一、玻尔原子实际的根本假设： 问题：玻尔的原子构造假说的内容是什么？问题：玻尔的原子构造假说的内容是什么？ 1定态假设：原子只能处于一系列不

24、延续的能量形状定态假设：原子只能处于一系列不延续的能量形状 中，在这些形状中能量是稳定的，电子虽然不断地做加中，在这些形状中能量是稳定的，电子虽然不断地做加 速运动，但并不向外辐射能量。这些形状叫定态。速运动，但并不向外辐射能量。这些形状叫定态。 2跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种假定态时跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种假定态时 它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定 态的能量差决议，即：态的能量差决议，即：hE初初E末末 一、玻尔原子实际的根本假设：一、玻尔原子实际的根本假设： 问题：玻尔的原子构造假说的内容是什么？问题：玻尔

25、的原子构造假说的内容是什么？ 3轨道假设：原子的不同能量形状对应于电子的不同轨道假设：原子的不同能量形状对应于电子的不同 运转轨道，由于原子的能量形状是不延续的，因此电子运转轨道，由于原子的能量形状是不延续的，因此电子 的能够轨道也是不延续的，即电子不能在恣意半径的轨的能够轨道也是不延续的，即电子不能在恣意半径的轨 道上运转，只需满足以下条件的轨道才是能够的。轨道道上运转，只需满足以下条件的轨道才是能够的。轨道 的半径的半径r跟电子的动量跟电子的动量mv的乘积等于的乘积等于h/2的整数倍，即：的整数倍，即： mvrnh/2，(n1，2，3，)式中式中n的是正整数，的是正整数， 叫量子数，这就叫

26、轨道的量子化假设。叫量子数，这就叫轨道的量子化假设。 二、玻尔实际对氢光谱的解释：二、玻尔实际对氢光谱的解释： 问题问题1：氢原子中的电子的各条能够轨道半径如何表示：氢原子中的电子的各条能够轨道半径如何表示 呢？呢？ 氢原子中的电子的各条能够轨道半径氢原子中的电子的各条能够轨道半径rnn2 r1，r1代表代表 第一条第一条(离核最近的一条离核最近的一条)能够轨道的半径能够轨道的半径r10.53A。 二、玻尔实际对氢光谱的解释：二、玻尔实际对氢光谱的解释： 问题问题2：什么叫氢原子的能级？：什么叫氢原子的能级？ 原子在各个定态时的能量值原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应称为原子的

27、能级。它对应 电子在各条能够轨道上运动时的能量电子在各条能够轨道上运动时的能量En (包括动能和势包括动能和势 能能)EnE1/n2，(n1，2，3，) ，E1代表电子在第代表电子在第 一条能够轨道上运动时的能量一条能够轨道上运动时的能量E1-13.6eV 留意：留意： 1计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带 负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝 对值的一半，总能量为负值。对值的一半，总能量为负值。 2由于能级是不延续的，因此原子辐射和吸收的能量由于能级是不延续的，因此原子辐射和吸收

28、的能量 也是不延续的。也是不延续的。 问题问题3：基态和激发态分别指什么？：基态和激发态分别指什么？ 1基态：在正常形状下，原子处于最低能级，这时电基态：在正常形状下，原子处于最低能级，这时电 子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。 2激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的 轨道上运动，这种定态，叫激发态。轨道上运动，这种定态，叫激发态。 问题问题4：根据玻尔实际画出的氢原子的能级图是什么？：根据玻尔实际画出的氢原子的能级图是什么？ 如下图为氢原子的能级图。氢原子外的电子跃迁时，吸如下图为氢原子

29、的能级图。氢原子外的电子跃迁时，吸 收或辐射的光子频率：收或辐射的光子频率：hE初初E末末，光谱条数：，光谱条数： Nn(n1)/2。 问题问题5：夫兰克：夫兰克赫兹实验证明了什么？赫兹实验证明了什么？ 证明了原子被激发到不同的形状时，吸收的能量是不延证明了原子被激发到不同的形状时，吸收的能量是不延 续的，进而阐明原子能量是量子化的。续的，进而阐明原子能量是量子化的。 三、玻尔模型的局限性：三、玻尔模型的局限性： 问题：玻尔模型的局限性何在？问题：玻尔模型的局限性何在？ 1玻尔实际虽然把量子实际引入原子领域，提出定态玻尔实际虽然把量子实际引入原子领域，提出定态 和跃迁概念，胜利解释了氢原子光谱

30、，但对多电子原子和跃迁概念，胜利解释了氢原子光谱，但对多电子原子 光谱无法解释，由于玻尔实际依然以经典实际为根底。光谱无法解释，由于玻尔实际依然以经典实际为根底。 如粒子的观念和轨道。如粒子的观念和轨道。 2量子化条件的引进没有适当的实际解释。量子化条件的引进没有适当的实际解释。 四、电子云：四、电子云： 问题：电子云指什么？问题：电子云指什么？ 在量子力学中所谓电子绕核运转的轨道，实践上只是电在量子力学中所谓电子绕核运转的轨道，实践上只是电 子出现概率密度较大的位置。假设用疏密不同的点表示子出现概率密度较大的位置。假设用疏密不同的点表示 电子在各个位置出现的概率，画出的图形叫做电子云。电子在各个位置出现的概率，画出的图形叫做电子云。