原子结构之谜全章粤教版选修ppt课件

1、第一节第一节敲开原子的大门敲开原子的大门知识回想知识回想 相当长时间相当长时间, ,人们以为原子不可分，英国人们以为原子不可分，英国科学家汤姆生对阴极射线中发现电子科学家汤姆生对阴极射线中发现电子! !敲开了敲开了原子的大门原子的大门! !实验安装实验安装: :电源电源, ,感应圈感应圈, ,阴极射线管阴极射线管, ,磁铁磁铁产生：在研讨气体导电的玻璃管内有阴、阳两产生：在研讨气体导电的玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。射线，这种射线为阴极射线。景象景象:1.:1.阴极射线使荧光屏发光特点阴极射线使荧光屏

2、发光特点 2. 2.当参与磁场后射线偏转当参与磁场后射线偏转发光原理发光原理: :在强电场中在强电场中, ,气体被电离而导电气体被电离而导电一、探求阴极射线一、探求阴极射线汤姆生如何测定出粒子的荷质比？汤姆生如何测定出粒子的荷质比？ 让带电粒子垂直射入匀强磁场，假设仅受磁让带电粒子垂直射入匀强磁场，假设仅受磁场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力：供向心力：evBrvm2电荷接纳器电荷接纳器A 当阴极当阴极A A产生的产生的射线进入大真空管射线进入大真空管D D时时, ,可以看到管壁上可以看到管壁上有荧光出现有荧光出现. . 当大真空管中当大真空管

3、中参与磁场时参与磁场时, ,射线就射线就会偏转会偏转, ,被接纳器接被接纳器接纳到纳到经检验为负电荷经检验为负电荷荷质比的测定荷质比的测定1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的根荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的根本参量。本参量。 2.测定荷质比的安装：测定荷质比的安装： A：电离室：电离室:S1S2：加速电场：加速电场 S2S3：速度选择器：速度选择器B：匀强磁场：匀强磁场 D：照相底片：照相底片 3.电子就是经过测定荷质比而被发现的。电子就是经过测定荷质比而被发现的。 4.测定荷质比的安装测定荷质比的安装质谱仪最初由汤姆生质谱仪最初由汤姆生发现的。发

4、现的。5.质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量一样，而质量有微小质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量一样，而质量有微小差别，由公式差别，由公式q/m=2U/B2r2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上构成假设干谱线条的周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上构成假设干谱线条的细条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。细条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。MN一个质量为一个质量为m,m,电量为电量为e e的带电粒子的带电粒子, ,以速度以速度v v垂直进垂直进入磁场入磁场B B中中

5、, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN间产生竖直向上的电场间产生竖直向上的电场E,E,在垂直电场向在垂直电场向外的方向上加一磁场外的方向上加一磁场B,B,适当地调理电场和磁场的强适当地调理电场和磁场的强度度, ,可以测出速度大小可以测出速度大小V=V=E/Bhd 设平行板设平行板MNMN之间的间隔为之间的间隔为h,h,板的程度长度为板的程度长度为d,d,首先使阴极仅首先使阴极仅受电场作用并到达最大偏转受电场作用并到达最大偏转, ,测得此时的场强测得此时的场强E,E,随后坚持随后坚持E E不变不变, ,外加磁场使射线恢复程度不再偏转外加磁场使射线恢复程度不再偏转, ,测得此时的磁场的强度测

6、得此时的磁场的强度B B2drh证明证明: :当阴极射线只受电场力时当阴极射线只受电场力时, ,做抛体运动做抛体运动222hEetm22Eedvmh2vmevBrd=vt d=vt 得得: :erEVmv eBr2drh得出得出所以所以: :22eEhmB d实验结果：荷质比约为质子的实验结果：荷质比约为质子的20002000倍倍汤姆生如何测定出粒子速度汤姆生如何测定出粒子速度v和半径和半径r？ 1、让粒子垂直射入正交的电磁场做匀速、让粒子垂直射入正交的电磁场做匀速直线运动：直线运动：BEv 2、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作用到达最大偏转用到达最大偏转

7、hdr2密立根油滴实验的原理图 密立根丈量出电子的电量密立根丈量出电子的电量Ce19106022. 1根据荷质比，可以准确地计算出根据荷质比，可以准确地计算出电子的质量电子的质量kgm31101094. 9 C C课堂练习课堂练习2 2、 如图如图, ,为密立根丈量电量实验的表示图为密立根丈量电量实验的表示图, ,油油滴从喷雾器喷出后滴从喷雾器喷出后, ,落到两平行板间落到两平行板间, ,油滴由于油滴由于摩擦而带电摩擦而带电, ,调理两板间的电压调理两板间的电压, ,可使油滴悬浮可使油滴悬浮. .经过显微镜察看到某个半径经过显微镜察看到某个半径r=1.6r=1.610-4cm10-4cm的油的

8、油滴恰静止在电场中滴恰静止在电场中, , 此时两金属板间匀强电场此时两金属板间匀强电场E=1.9E=1.9105N/C. 105N/C. 知油滴的密度为知油滴的密度为=0.85=0.85103kg/m3.103kg/m3.求：该油滴所带的电荷量求：该油滴所带的电荷量是元电荷的多少倍？是元电荷的多少倍？E喷雾器喷雾器显微镜显微镜二、电子的发现二、电子的发现 汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不同的金属资料制造电极，都测得一样的荷质比，随同的金属资料制造电极，都测得一样的荷质比，随后又发如今气体电离和电光效应等景象中，可从不后又发如今气体电离和电光效应等

9、景象中，可从不同物体中击出这种带电粒子，这阐明它是构成各种同物体中击出这种带电粒子，这阐明它是构成各种物体的共同成分。随后，汤姆生直接丈量出粒子的物体的共同成分。随后，汤姆生直接丈量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大根本上电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大根本上一样，阐明它的质量比任何一种分子和原子的质量一样，阐明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在。都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在。 美国科学家密立根又准确地测定了电子的美国科学家密立根又准确地测定了电子的电量：电量： e=1.6022 e=1.6022101019 C19 C

10、 根据荷质比，可以准确地计算出电子的质根据荷质比，可以准确地计算出电子的质量为：量为： m=9.1094 m=9.1094101031 kg31 kg 由于发现电子的出色奉献，汤姆生在由于发现电子的出色奉献，汤姆生在19061906年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现突破了传年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现突破了传统的统的“原子不可分原子不可分的观念，使人类对自然世的观念，使人类对自然世界的认识又向前迈进了一步。界的认识又向前迈进了一步。18971897年年, ,汤姆生在研讨阴极射线汤姆生在研讨阴极射线: :1.1.测出了阴极射线的电性测出了阴极射线的电性2.2.测出了它的速度和偏转情况测出了它的

11、速度和偏转情况3.3.测出了它的荷质比测出了它的荷质比4.4.发现用不同的金属做电极一切的射线一发现用不同的金属做电极一切的射线一样的性质样的性质. .课堂小结课堂小结习题习题1 1：如图，在两平行板间有平行的均匀电：如图，在两平行板间有平行的均匀电场场E E，匀强磁场，匀强磁场B B。MNMN是荧光屏，中心为是荧光屏，中心为O O，OO=LOO=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O O，y y轴向上，轴向上，x x轴垂直纸面向外，一束速度、轴垂直纸面向外，一束速度、荷质比一样的粒子沿荷质比一样的粒子沿OOOO方向从方向从OO射入，打射入，打在在屏上屏上P

12、P- - 点，求：点，求：1 1粒子带何种电荷？粒子带何种电荷？2 2B B的方向？的方向？3 3粒子的荷质比？粒子的荷质比？3,36LLOOO OM MN N思索与研讨思索与研讨习题习题2 2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A A为发射热为发射热电子的阴极，电子的阴极，K K为接在高电势点的加速阳极，为接在高电势点的加速阳极，A A、K K间电压为间电压为U U。电子分开阴极时速度可以忽略，电子经加速后从电子分开阴极时速度可以忽略，电子经加速后从K K的小孔中射的小孔中射出时的速度大小为出时的速度大小为v v，下面说法正确的选项是：，下面说法正

13、确的选项是：( ) ( ) A A、假设、假设A A、K K间间隔减半，电压间间隔减半，电压U U、不变，那么分开时速率变为、不变，那么分开时速率变为2v 2v B B、假设、假设A A、K K间间隔减半，电压间间隔减半，电压U U、不变，那么分开时速率变为、不变，那么分开时速率变为v/2 v/2 C C、假设、假设A A、K K间间隔不变，电压间间隔不变，电压U U减半，那么分开时速率变为减半，那么分开时速率变为2v 2v D D、假设、假设A A、K K间间隔不变，电压间间隔不变，电压U U减半，那么分开时速率变为减半，那么分开时速率变为0.707v0.707vA AK KU U汤姆生汤姆

14、生 约瑟夫约瑟夫约翰约翰汤姆生汤姆生(Joseph(JosephJohnJohnThomson)1856Thomson)1856年年1212月月1818日生于英国曼彻斯特郊区，父日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生1414岁进曼彻斯特岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。欧文学院学习工程。18761876年入剑桥大学三一学院，毕年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指点下进展电磁场业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指点下进展电磁场实际的实验研讨任务。实际的实验研讨任务。18841884年，年仅年，年仅2828岁便中选为皇岁便中选为皇

15、家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授。室教授。 当时，关于阴极射线的研讨，有两派学说，一派当时，关于阴极射线的研讨，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，以为阴极射线是带负是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，以为阴极射线是带负电的电的“分子流分子流；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的动摇；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的动摇说，以为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法丈说，以为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法丈量了阴极射线的速度，否认了阴极射线是电磁波。量了阴极射线的速度，否认了阴极射线是电磁波。 他又经过阴极射线在电场和磁场中

16、的偏转，得出了阴极射他又经过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极与当时知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进展实验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又种气体进展实验，发现其荷质比跟管中气体的

17、种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改动。由此他得出结论，这用铅和铁分别作电极，其结果也不改动。由此他得出结论，这种粒子必定是一切物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫种粒子必定是一切物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫做做“电子电子。18971897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个根本年汤姆生的发现，使人类认识了第一个根本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。19061906年，汤姆生由于在气体导电方面的实际和实验研讨而荣获年，汤姆生由于在气体导电方面的实际和实验研讨而荣获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。 1940 1940年年8 8月月30

18、30日汤姆生在剑桥逝世。日汤姆生在剑桥逝世。2 原子的核式构造模型原子的核式构造模型十九世纪末，汤姆生发现了电子，并十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原子的组成部分由于知道电子是原子的组成部分由于电子是带负电的，而原子又是中性电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的，因此推断出原子中还有带正电的物质那么这两种物质是怎样构的物质那么这两种物质是怎样构成原子的呢？成原子的呢？电子正电荷 在汤姆生的原在汤姆生的原子模型中，原子是子模型中，原子是一个球体；正电核一个球体；正电核均匀分布在整个球均匀分布在整个球内，而电子都象布内，而电子都象布丁中的葡萄干那样丁中的葡萄干那样

19、镶嵌在内。镶嵌在内。原子内部是什么样子的？原子内部是什么样子的？ 既然带负电的粒子既然带负电的粒子(电子电子)质量这么小，那么质量这么小，那么带正电的部分是如何分布的呢？带正电的部分是如何分布的呢？西瓜模型西瓜模型 枣糕模型枣糕模型 1909 190919111911年，英国物年，英国物理学家卢瑟福和他的助理学家卢瑟福和他的助手们进展了手们进展了 粒子散射粒子散射实验实验卢卢瑟瑟福福著名的著名的 粒子散射实验粒子散射实验著名的著名的 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福卢瑟福 粒子散射实验粒子散射实验 卢瑟福从卢瑟福从1909年起做了著名的年起做了著名的粒子散射实验，实粒子散射实验，实验的目的是想证

20、明汤姆孙原子模型的正确性验的目的是想证明汤姆孙原子模型的正确性 。 粒子是什么粒子？粒子是什么粒子？ 氦核两个单位正电、质量是氢原子质量的氦核两个单位正电、质量是氢原子质量的4倍倍 假设汤姆孙的枣糕模型是正确的，他估计实验的结假设汤姆孙的枣糕模型是正确的，他估计实验的结果会是什么样子？果会是什么样子？卢瑟福卢瑟福 粒子散射实验粒子散射实验 实验结果：实验结果： 绝大多数绝大多数 粒子穿过金箔后，根本上仍沿原粒子穿过金箔后，根本上仍沿原来的方向前进。来的方向前进。 少数少数 粒子粒子(约占八千分之一约占八千分之一)发生了大角度偏发生了大角度偏转，甚至超越了转，甚至超越了90o,也就说几乎被也就说

21、几乎被“撞了回撞了回来。来。 实验结果阐明了什么？实验结果阐明了什么？卢瑟福卢瑟福 原子模型原子模型 原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。正电的体积很小，量，电子在正电体的外面运动。正电的体积很小，被称为原子核。这个模型被称为核式构造模型。被称为原子核。这个模型被称为核式构造模型。 电子对电子对 粒子的作用忽略不计。粒子的作用忽略不计。 由于原子核很小，大部分由于原子核很小，大部分 粒子穿粒子穿过原子时离原子核很远，遭到较小过原子时离原子核很远，遭到较小的库仑斥力，运动几乎不改动方向。的库仑斥力，运动几乎不改动方向

22、。 极少数极少数 粒子穿过原子时离原子核粒子穿过原子时离原子核很近，因此遭到很强的库仑斥力，很近，因此遭到很强的库仑斥力，发生大角度散射。发生大角度散射。 卢瑟福按照这个模型，利用经典力学计算了向卢瑟福按照这个模型，利用经典力学计算了向各个方向散射的各个方向散射的 粒子比例，结果与实验相符。粒子比例，结果与实验相符。卢瑟福粒子散射实验中为何运用的是金箔？卢瑟福粒子散射实验中为何运用的是金箔？ 方颖 浙江省宁波市奉化中学 .fhedu/user1/fhfy/2019115155023.html英国物理学家欧内斯特卢瑟福在汤姆逊的指点下，卢瑟福在做他的第一个实验放射性吸收实验时发现了射线。卢瑟福设

23、计的巧妙的实验，他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里，在铅容器上只留一个小孔。由于铅能挡住放射线，所以只需一小部分射线从小孔中射出来，成一束很窄的放射线。卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的磁铁，结果发现有一种射线不受磁铁的影响，坚持直线行进。第二种射线受磁铁的影响，偏向一边，但偏转得不厉害。第三种射线偏转得很厉害。卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚度的资料，察看射线被吸收的情况。第一种射线不受磁场的影响，阐明它是不带电的，而且有很强的穿透力，普通的资料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进，只需比较厚的铅板才可以把它完全挡住，称为射线。第二种射线会遭到磁场的影响而偏向一边，从磁场的方向可判

24、别出这种射线是带正电的，这种射线的穿透力很弱，只需用一张纸就可以完全挡住它。这就是卢瑟福发现的射线。第三种射线由偏转方向断定是带负电的，性质同快速运动的电子一样，称为射线。卢瑟福对他本人发现的射线特别感兴趣。他经过深化细致的研讨后指出，射线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。 卢瑟福对于汤姆逊提出的原子模型加以证明，他用射线轰击其他物质，由于卢瑟福经过实验发现了射线并曾经知道射线的穿透力很弱，为了使实验中的景象明显，所以卢瑟福在做著名的粒子散射实验之前卢瑟福先是用射线打击云母片，由于云母片可以做的薄足以让射线穿过，但做了实验发现粒子的偏转很小，经测定偏角在2o以下

25、他让助手盖革也在做这方面的实验，盖革发现射线的散射角与靶资料的原子量成正比，也就是被打物体的原子量越大，那么出现大角度散射景象越明显，由于我们知道原子量越大的资料原子核所带正电荷量越大，那么射线在穿行时所遭到的库仑力就大，另外原子量大的元素原子核的质量也大，那么当粒子打到比本人质量大的多的原子核时会出现反弹景象。所以他们要选择重金属靶进展散射实验原子量大的金属比较多，那么选择那一种呢？由于射线的穿透才干不强，一张普通的纸就可以挡住，所以这个重金属靶必需求让射线穿过，不然如何来研讨散射景象，首先重金属靶必需求薄，那么哪种重金属可以压的比纸还薄而不破呢？也就是这种金属的延展性要非常的好，那么就只需

26、金这种重金属是符合条件的，我们知道金有很好的延展性，当时卢瑟福把金压成金箔，金箔薄的可以透过光，金箔的厚度大约有3000层金原子的厚度。当做粒子散射实验时，粒子穿过有3000层金原子的厚度的金箔，绝大多数的粒子仍是坚持原来的方向前进，阐明原子中是很空阔的。原子的核式构造的提出原子的核式构造的提出在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核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原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里子核里带负电的电子在核外空间绕着核旋转带负电的电子在核外空间绕着核旋转 v 根据卢瑟福的原子构造模型，原子内根据卢瑟福的原子构造模型，原子内部

27、是非常部是非常“空阔的，举一个简单的例子：空阔的，举一个简单的例子：体育场原子原子核原子核的电荷和大小原子核的电荷和大小v根据卢瑟福的原子核式模型和根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验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，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。还可以估计出原子核的大小。v1原子的半径约为原子的半径约为10-10米、原子核半径约米、原子核半径约是是10-14米，原子核的体积只占原子的体积的万米，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。亿分之一。v2原子核所带正电荷数与核外电子数以及该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

28、的原子序数相等。元素在周期表内的原子序数相等。v3电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。仑力。 原子核的电荷和大小原子核的电荷和大小v根据卢瑟福的原子核式模型和根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验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，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。还可以估计出原子核的大小。v1原子的半径约为原子的半径约为10-10米、原子核半径约米、原子核半径约是是10-14米，原子核的体积只占原子的体积的万米，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。亿分之一。v2原子核所带正电荷数与核外电子数以及

29、该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。元素在周期表内的原子序数相等。v3电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。仑力。 【反响练习】 1、在用、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福察看粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福察看到的到的粒子的运动情况是粒子的运动情况是 A、全部、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进进 B、绝大多数、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C、少数、少数粒子穿过金属箔后

30、仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D、全部、全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转答案：答案：B2、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、阐明原子的全部正电荷和几乎全部质量都、阐明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上集中在一个很小的核上D、阐明原子的电子只能在某些不延续的轨道、阐明原子的电子只能在某些不延续的轨道上运动上运动答案：答案：C3、当、当粒子被重核散射时，如

31、下图的运动轨粒子被重核散射时，如下图的运动轨迹哪些是不能够存在的迹哪些是不能够存在的答案：答案：BC早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光经过三棱镜后的色散景象，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并把实验中得到的彩色光带叫做光谱一、光谱一、光谱光谱是电磁辐射不论是在可见光区域还是在不可见光谱是电磁辐射不论是在可见光区域还是在不可见光区域的波长成分和强度分布的记录。有时只是波光区域的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。长成分的记录。发射光谱可分为两类：延续光谱和明线光谱。发射光谱可分为两类：延续光谱和明线光谱。1.1.发射光谱发射光谱物体

32、发光直接产生的光谱叫做发射光谱。物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。平行光管标度管三棱镜察看管分光镜分光镜分光镜原理分析标度管v1延续光谱延续光谱v v v v例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都例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。构成延续光谱。 炽热的固体、液体及高压气体的光谱，是由延续分布的一切波长的光组成的，这种光谱叫做延续光谱。2明线光谱原子光谱明线光谱原子光谱 只含有一些不延续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线只含有一些不延续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发光谱中的亮线叫谱线，各条谱

33、线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离形状的原子发射的，也叫原子光谱。射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离形状的原子发射的，也叫原子光谱。高压电源高压电源光谱管光谱管各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。光谱的谱线也叫原子的特征谱线。吸吸 收收 光光 谱谱钠蒸气光谱中产生的一组暗线，每条光谱中产生的一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子暗线的波长都跟那种气体原子的特征谱线相对应。的特征谱线相对应。3吸收光谱吸收光谱v 高温物体发出的白光其中包含延续分布的一切波长的

34、光经过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。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的光。因此吸收光谱中的暗谱线与明线相对应，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。各种光谱各种光谱延续光谱延续光谱H的发射的发射光谱光谱钠的发射钠的发射光谱光谱钠的吸收钠的吸收光谱光谱太阳的吸太阳的吸收光谱收光谱 光光 谱谱发射光谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱延续光谱延续光谱产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 光构成的光构成的光谱的方式：延续分布，一切波长的光都有光谱的方式：延续分布，一切波长的

35、光都有线状光谱线状光谱原子光谱原子光谱产生条件：稀薄气体发光构成的光谱产生条件：稀薄气体发光构成的光谱光谱方式：一些不延续的明线组成，不同光谱方式：一些不延续的明线组成，不同元素的明线光谱不同又叫特征光谱元素的明线光谱不同又叫特征光谱吸收光谱吸收光谱定义：延续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的定义：延续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱光谱产生条件：炽热的白光经过温度较白光低的气体后，产生条件：炽热的白光经过温度较白光低的气体后，再色散构成的再色散构成的光谱方式：用分光镜察看时，见到延续光谱背景上光谱方式：用分光镜察看时，见到延续光谱背景上出现一些暗线与特征谱线相对应出现一些暗线与特征

36、谱线相对应 各种光谱的特点及成因：4光谱分析光谱分析 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的化学组成。这种方法叫做光谱分析。 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。研讨太阳研讨太阳高层大气高层大气层所含元层所含元素素氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量原子核式构造模型与经典电磁实际的矛盾原子核式构造模型与经典电磁实际的矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电

37、子轨道半径延续变小电子轨道半径延续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率延续变化辐射电磁波频率延续变化现实上：原子是稳定的现实上：原子是稳定的原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。氢 气 的 吸 收 光 谱氢气返 回课堂效果检测：课堂效果检测：1 1 在实践生活中，我们可以经过光谱分析来鉴别在实践生活中，我们可以经过光谱分析来鉴别物质和物质的组成成分。例如某样本中一种元物质和物质的组成成分。例如某样本中一种元素的含量到达素的含量到达10-10g10-10g时就可以被检测到。那么时就可以被检测到。那么我们是经过分析

38、以下哪种谱线来鉴别物质和物我们是经过分析以下哪种谱线来鉴别物质和物质的组成成分的？质的组成成分的？A A 延续谱延续谱B B 线状谱线状谱C C 特征谱线特征谱线D D 恣意一种光谱恣意一种光谱 B CB C2 2 以下说法正确的选项是：以下说法正确的选项是：A A 经过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长经过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分的记录，这就是光谱。即光谱与光强度无关。成分的记录，这就是光谱。即光谱与光强度无关。B B 经过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长经过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分和强度分布记录，这就是光谱。即光

39、谱不仅记录了光成分和强度分布记录，这就是光谱。即光谱不仅记录了光的波长分布，还记录了强度分布。的波长分布，还记录了强度分布。C C 在研讨太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这阐明了在研讨太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这阐明了太阳内部短少对应的元素。太阳内部短少对应的元素。D D在研讨太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗线与在研讨太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗线与某些元素的特征谱线相对应，这阐明了太阳大气层内存在某些元素的特征谱线相对应，这阐明了太阳大气层内存在对应的元素。对应的元素。 BDBD第四节第四节原子的能级构造原子的能级构造回想回想 19世纪末世纪末20世纪初

40、，人类叩开了微观世界世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研讨提出了关于原子的大门，物理学家根据研讨提出了关于原子构造的各种模型，卢瑟福的核式构造模型可构造的各种模型，卢瑟福的核式构造模型可以很好的解释实验景象，得到了多数科学家以很好的解释实验景象，得到了多数科学家的一定，但是与经典的电磁实际发生了矛的一定，但是与经典的电磁实际发生了矛盾盾经典电磁实际经典电磁实际 经典电磁实际以为：电子绕核作匀速圆周运动经典电磁实际以为：电子绕核作匀速圆周运动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子不断地向外辐射能量，能量不断地向外辐射能量，能量 逐

41、渐减小，电子绕核旋转的频逐渐减小，电子绕核旋转的频 率也逐渐改动，原子的发射光率也逐渐改动，原子的发射光 谱应是延续谱。由于原子总能谱应是延续谱。由于原子总能 量减小，电子将最终逐渐接近量减小，电子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。原子核，而使原子变得不稳定。vFree+ +e+ +e经典电磁实际与现代物理学的矛盾经典电磁实际与现代物理学的矛盾玻尔实际的根本假设玻尔实际的根本假设景象：氢原子光谱是分立景象：氢原子光谱是分立( (线状线状) )的，原子是稳定的的，原子是稳定的. .想象：原子内部的能量也是不延续的。想象：原子内部的能量也是不延续的。19131913年丹麦物理学家玻尔在卢

42、瑟福核模型根底上，结年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型根底上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：定态假设：原子只能处于一系列不延续的能量形状中，定态假设：原子只能处于一系列不延续的能量形状中，在这些形状中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，在这些形状中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些形状叫定态但并不向外辐射能量。这些形状叫定态能能级级玻尔的原子模型玻尔的原子模型 电子轨道量子化电子轨道量子化 电子绕核做圆周运动依电子绕核做圆周运动依然服从经典力学规律。然服从经典力学规律。但轨道不是恣意的。但轨道不是恣意的。21nrn

43、 r 10.053nm()r 氢氢 原子能量量子化原子能量量子化 电子在不同的轨道，原电子在不同的轨道，原子具有的能量不同。子具有的能量不同。21/nEEn 113.6eV()E 氢氢nE原原子子能能量量是是由由哪哪些些能能量量组组成成？基基态态激激发发态态激激发发态态定定态态氢原子氢原子 能级图能级图-13.6eVn=1n=2-3.4eVn=3-1.51eVn=4-0.85eVn= 0玻尔的原子模型玻尔的原子模型 频率条件频率条件 电子吸收光子时会从能电子吸收光子时会从能量较低的轨道跃迁到能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道量较高的轨道 电子从能量较高的轨道电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的

44、轨道，跃迁到能量较低的轨道，放出光子放出光子hvEE末末初初吸收光子(单击)放出光子(单击)氢原子氢原子 能级图能级图-13.6eVn=1n=2-3.4eVn=3-1.51eVn=4-0.85eVn= 0原子能量从原子能量从-1.51eV下降到下降到-3.4eV(单击单击)原子能量从原子能量从-3.4eV下降到下降到-13.6eV(单击单击)1.氢原子的玻尔实际3个假设：问题：氢原子的光谱是分立的，这是为什么？为处理这个问题，玻尔可谓费尽心机1定态假设：原子只能处于一系列不延续的能量形状之中，在这些形状中的原子是稳定的，电子虽然在旋转，但它不会向外辐射能量定态之一：近核运动 此时原子能量为Em

45、定态之二：远核运动此时原子能量为En2跃迁假设：原子从一种能量是Em的定态跃迁到的能量是En另一种定态时，它要吸收或放出一定频率的光子，光子能量由两定态的能量差决议，即 h=IEm-EnI电子从一个轨道变到另一个轨道，不是以螺旋线的方式变化的，而是突变-以腾跃的方式变化的，因此玻尔把这景象叫“跃迁想一想，何时会吸收光子？何时会放出光子？3量子化假设：电子的运转轨道不是延续的，而是分立的，电子的能够轨道可用公式表示： rn=n2r1 式中r1=0.53*10-10m叫电子第一轨道。电子轨道只能是特殊值的情况叫做轨道量子化r14r19r12.氢原子能量公式：1.电子动能：Ek=1/2mv2电子绕核

46、做圆周运动mv2/r=ke2/r2故Ek=1/2ke2/r2.原子势能Ep=q=-e=kQ/r=ke/r故Ep=-ke2/r由此可见，离核越远，电子动能越小，势能越大，总能量越大。电子r时，E=0 为最大能量，此形状叫电离态。氢原子总能量E总=-1/2ke2/r玻尔实际的根本假设玻尔实际的根本假设轨道能级化假设：原子的不同能量形状跟电子沿轨道能级化假设：原子的不同能量形状跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不延续的，因此电子的能够轨道的分布也是不延不延续的，因此电子的能够轨道的分布也是不延续的。续的。跃迁假设跃迁假设: 当原子从一个能量当

47、原子从一个能量 为为En的定态跃迁到另一个能量的定态跃迁到另一个能量 为为Em的定态时，就要发射或吸的定态时，就要发射或吸 收一个频率为收一个频率为 m-n的光子的光子.hEEvnmnm 能级构造猜测能级构造猜测能级：原子内部不延续的能量称为原子的能级。能级：原子内部不延续的能量称为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。数值上等于原子在定态时的能量值。跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射在跃迁的过程中，原子辐射( (或吸收或吸收) )光子的能光子的能量为量为: : hv= Em- En hv= Em- En

48、Em Em和和EnEn分别为跃迁前后的能级分别为跃迁前后的能级(1)处于高能级的原子会自发处于高能级的原子会自发 地向低能级跃迁，并且在地向低能级跃迁，并且在 这个过程中辐射光子这个过程中辐射光子 。(2)反之，原子吸收了特定频反之，原子吸收了特定频 率的光子或者经过其他途率的光子或者经过其他途 径获得能量时便可以从低径获得能量时便可以从低 能级向高能级跃迁。能级向高能级跃迁。hvEmEmhvEmEn氢原子的能级氢原子的能级基态：在正常形状下，氢原子处于最低的能级基态：在正常形状下，氢原子处于最低的能级E1E1 (n=1), (n=1),这个最低能级对应的定态这个最低能级对应的定态称为基态。称

49、为基态。激发态：当电子遭到外界激发时，可从基态跃迁到较激发态：当电子遭到外界激发时，可从基态跃迁到较 高的能级高的能级E2E2，E3E3上，这些能级对应的定态上，这些能级对应的定态 称为激发态。称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的方式向外辐射，这就是氢原子发光的景象。原子辐方式向外辐射，这就是氢原子发光的景象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。射出的光子的能量等于两能级间的能量差。w由由 知道，氢原子辐射光谱的波长取决知道，氢原子辐射光谱的波长取决于两

50、光谱项之差；而于两光谱项之差；而hv=Em-Enhv=Em-En式那么提示出氢原式那么提示出氢原子辐射光的频率取决于两能级之差。子辐射光的频率取决于两能级之差。w能级与光谱项之间的关系能级与光谱项之间的关系w 最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学家玻尔，他在汲取前人思想的根底上，经过大胆学家玻尔，他在汲取前人思想的根底上，经过大胆假设，推导出氢原子的能级满足：假设，推导出氢原子的能级满足：w 式子阐明，氢原子的能量是不延续的，只能式子阐明，氢原子的能量是不延续的，只能取一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的取一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的,

51、 ,因此因此n n也被称为能量量子数。也被称为能量量子数。 )n(T)m(T 1,n,nRhcEn321 2 n取正整数取正整数氢原子的能级氢原子的能级w从从 可算出：可算出：w所以，上式也可以写成：所以，上式也可以写成：w能级间的跃迁产生不延续的谱线，从不同能级跃迁能级间的跃迁产生不延续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就构成一个线系。到某一特定能级就构成一个线系。,n,nRhcEn321 2 eV.EeV.EeV.E511403613321 ,n,nEEn321 21 以无穷远处作为零电势参考位置以无穷远处作为零电势参考位置1E1n2n3n4n2E3E4E0eV10 .2eV12 .1e

52、V12 .8eV吸吸收收能能量量放放出出能能量量氢原子能级构造氢原子能级构造-3.4eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0 eV-13.6eV赖曼系赖曼系普丰德系普丰德系布喇开系布喇开系帕邢系帕邢系巴耳末巴耳末3.能级：各形状的能量值叫能级。能级称号把能量不延续这一特点表达出来了基态第一激发态第二激发态第三激发态电离态4.能级图：用图来表示各形状的能量关系5.用能级图解释氢原子光谱规律重点：巴耳末系莱曼系二、氢原子光谱与玻尔实际二、氢原子光谱与玻尔实际1光谱的分类光谱的分类3玻尔实际玻尔实际(1)定态：原子只能处于一系列定态：原子只能处于一系列_的能量形的能量形状中，在这些能量形状中

53、原子是状中，在这些能量形状中原子是_的，电子的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量虽然绕核运动，但并不向外辐射能量不延续不延续稳定稳定(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它它_或或_一定频率的光子，光子的能量一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决议即由这两个定态的能量差决议即h_.(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道：原子的不同能量形状跟电子在不同的圆轨道：原子的不同能量形状跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不延续的，周轨道绕核运动相对应原子的定态是不延续的，因此电子的能够轨道也是因此电

54、子的能够轨道也是_的的三、氢原子的能级、能级公式三、氢原子的能级、能级公式1氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径辐射辐射吸收吸收EmEn不延续不延续(1)氢原子的能级公式：氢原子的能级公式：En E1(n1,2,3，)，其中其中E1为基态能量为基态能量E113.6 eV.(2)氢原子的半径公式：氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中其中r1为基态半径，又称玻尔半径，为基态半径，又称玻尔半径，r10.531010 m.2氢原子的能级图：如图氢原子的能级图：如图1322.图图1322留意：留意：原子的能量普通指电势能与动能之和原子的能量普通指电势能与动能之和 即：即：En=

55、(EP+EK) 0电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝对值时对值时,电子恰好被电离。恰好电离后电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时，电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时，电子被电离，电离后电子被电离，电离后E0、 EP=0、 EK0电子吸收能量的方式普通有两种电子吸收能量的方式普通有两种吸收适宜频率光子的能量能够全吸收吸收适宜频率光子的能量能够全吸收或全不吸收或全不吸收电子与其它粒子碰撞时吸收能量全吸电子与其它粒子碰撞时吸收能量全吸收或部分吸收收或部分吸收在处理核外电子的运动时胜利引入了量子化的观

56、念同时又运用了“轨道等经典概念和有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外，在处理其他问题上遇到了很大的困难半经典半量子实际，存在逻辑上的缺陷，即把微观粒子看成是遵半经典半量子实际，存在逻辑上的缺陷，即把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征。守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征。课堂小结89巴尔末公式巴尔末公式90氢原子光谱的其他线系赖曼线系赖曼线系 221111nR,4 ,32，n红红外外区区还还有有三三个个线线系系帕邢线帕邢线系系221311nR,6 ,5 ,4n布喇开布喇开系系221411nR，7 ,6 ,5n普丰特线普丰特线系系221511nR， 87 ,6n

57、91二、玻尔实际对氢原光光谱的解释二、玻尔实际对氢原光光谱的解释/nm652.2nm434.0nm410.1nmHHHH486.1nmn=1n=2n=3n=4n=5n=6E1= -13.6evE2= -3.4evE3= -1.51evE4= -0.85evHHHHeVnEn26 .13)211(1221nhcE课堂练习课堂练习1.下面关于玻尔实际的解释中下面关于玻尔实际的解释中, 正确的说法是正确的说法是( )A.原子只能处于一系列不延续的形状中，每个形状都原子只能处于一系列不延续的形状中，每个形状都对应一定的能量；对应一定的能量；B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只需能原子中，虽然核

58、外电子不断做加速运动，但只需能量形状不改动，就会向外辐射能量；量形状不改动，就会向外辐射能量；C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子；一定频率的光子；D.原子的每一个能量形状都对应一个电子轨道，并且原子的每一个能量形状都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不延续的。这些轨道是不延续的。AD课堂练习课堂练习2. 处于基态的氢原子在某种单色光照射下，只能发处于基态的氢原子在某种单色光照射下，只能发出频率为出频率为v1、v2、v3的三种光，且的三种光，且v1v2v3, 那那么照射光的光子能量为多少？么照射光的光子能量为多少？解：处于基态

59、的原子要发光解：处于基态的原子要发光, 必需先吸收一定的能量必需先吸收一定的能量E, 使其处于激发态。由于激发态能量高使其处于激发态。由于激发态能量高, 原子不原子不稳定稳定, 就会向低能级跃迁就会向低能级跃迁, 从而发出一系列频率的从而发出一系列频率的光子光子, 但这些光子的频率决不会大于但这些光子的频率决不会大于v, 且必有一种且必有一种频率等于频率等于v。由题意知。由题意知, 该氢原子受激后只能发出该氢原子受激后只能发出频率为频率为v1、v2、v3的三种光的三种光, 且且v1v2v3,即最即最高频率是高频率是v3, 那么照射光频率必是那么照射光频率必是v3, 光子能量是光子能量是hv3。

60、课堂练习课堂练习3. 氢原子从氢原子从n=1的形状跃迁到的形状跃迁到n=4的形状，它所吸收的形状，它所吸收的光子的波长是多少？这是不是可见光？的光子的波长是多少？这是不是可见光？解：氢原子从解：氢原子从n=1的形状跃迁到的形状跃迁到n=4的形状时，它所的形状时，它所吸收的光子的能量为：吸收的光子的能量为： 可见光的波长范围：可见光的波长范围：390nm780nm)24(2142RhcRhcEEE nmm.,vc,hvE4801084R316 7 故故：而而 例例.一群氢原子处于量子数为一群氢原子处于量子数为n的激发态时，能够辐射的激发态时，能够辐射出的光谱线条数为出的光谱线条数为 ，一个氢原子