4.3 原子的核式结构模型 和 4.4氢原子光谱和波尔的原子模型 学案 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.3原子的核式结构模型【学习目标】1．知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。2．了解α粒子散射实验原理和实验现象。了解卢瑟福的原子核式结构模型。知道原子和原子核大小的数量级。3．认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。情境问题：科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。这种射线的本质是什么呢?一、电子的发现1.汤姆孙实验装置①K产生阴极射线②A、B形成一束细细射线③D1、D2之间加电场或磁场检测射线的带电性质④荧光屏显示阴极射线到达的位置，可以研究射线的径迹。问题1：阴极射线的本质，通过什么原理来测定呢？如图所示，回忆带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的偏转情况。2.汤姆孙发现电子汤姆孙发现，如果不加电场和磁场阴极射线就会直接打到p1。如果只加电场，阴极射线就会发生偏转，落在p2。这是往正极方向偏，说明阴极射线带负电。即阴极射线的本质是带负电的粒子流。3.密立根“油滴实验”测电子电量密立根发现：电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整倍。二、原子的核式结构模型1.汤姆孙西瓜模型模型内容：西瓜模型的作用：能解释元素周期律，能解释阴极射线的现象，能估算出原子的大小。2.a粒子散射实验实验结果：思考：粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？西瓜模型能否解释大角度偏转呢？3.卢瑟福——核式结构模型卢瑟福提出的原子核式结构模型，内容：三、原子核的电荷与尺度1.电子数与原子序数原子核所带正电荷数=核外电子数=该元素在周期表内的原子序数2.原子核的尺度实验确定的核半径的数量级为10-l5m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分"空旷"的。【当堂练习】1．电子的发现说明（）A．原子是由原子核和电子组成的B．物质是带电的且一定带负电C．原子可进行再分D．原子核可再分2．关于阴极射线，下列说法正确的是（）A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流C．阴极射线是某一频率的电磁波D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转3．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB，发现射线径迹向下偏，则（）A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关4．提出原子核式结构模型的科学家是（）A．汤姆孙B．法拉第C．卢瑟福D．奥斯特5．在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（）A．全部α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进B．绝大多数α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C．少数α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D．全部α粒子都发生很大偏转6．卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A．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C．说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D．说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动7．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．α粒子不跟电子发生相互作用B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零8．卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫做原子核B．原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D．带负电的电子在核外绕核旋转9．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α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10.在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的（）万有引力B.库仓力C.磁场力D.核力4.4氢原子光谱和波尔的原子模型学习目标1.掌握光谱概念及分类；2.掌握氢原子光谱的实验规律；3.掌握玻尔原子理论的基本假设，了解经典理论的困难。一、光谱1.定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按(频率)展开，获得波长(频率)和分布的记录．2.分类(1)线状谱：光谱是一条条的．(2)连续谱：光谱是的光带．3.特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是，说明原子只发出几种的光，不同原子的亮线位置，说明不同原子的不一样，光谱中的亮线称为原子的．4.应用：利用原子的，可以鉴别物质和确定物质的，这种方法称为，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－13kg时就可以被检测到．二、氢原子光谱的实验规律1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索的一条重要途径．2.氢原子光谱的实验规律满足巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)式中R为，R∞＝1.10×107m－1，n取整数．3.巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的光谱的特征．三、经典理论的困难1.核式结构模型的成就：正确地指出了的存在，很好地解释了．2.经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的，又无法解释原子光谱的线状谱．四、玻尔原子理论的基本假设1.轨道量子化：(1)原子中的电子在的作用下，绕原子核做．(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是的(填“连续变化”或“量子化”)．(3)电子在这些轨道上绕核的运动是的，不产生．2.定态：(1)当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量．电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值．这些量子化的能量值叫作．(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为．能量的状态称为基态，其他的状态叫作激发态．3.频率条件当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m＜n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝，该式称为频率条件，又称辐射条件．五、玻尔理论对氢光谱的解释1.氢原子能级图(如图所示)2.解释巴耳末公式：巴耳末公式中的正整数n和2代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的的量子数n和23.解释气体导电发光：通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到，处于激发态的原子是的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出，最终回到基态．4.解释氢原子光谱的不连续性原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后，由于原子的能级是的，所以放出的光子的能量也是的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．5.解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构，各不相同，因此辐射(或吸收)的也不相同．六、玻尔理论的局限性1.成功之处玻尔的原子理论第一次将引入原子领域，提出了的概念，成功解释了光谱的实验规律．2.局限性：保留了的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的运动．3.电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置出现的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称．当堂练习：1.(多选)下列关于光谱的说法正确的是()A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光D.通过对线状谱的明线光谱分析可鉴定物质成分2.(多选)已知可见光波长范围为400-760nm，下列关于巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))的理解，正确的是()A.巴耳末系的4条谱线位于可见光区域B.公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱C.公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱D.在巴耳末系中n值越大，对应的波长λ越短3.按照玻尔理论，下列表述正确的是()A.核外电子运动轨道半径可取任意值B.氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越小C.电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，可能辐射能量，也可能吸收能量4.氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是()A.电子绕核旋转的轨道半径增大B.电子的动能会增大C.氢原子的电势能减小D.氢原子的能级减小5.(多选)如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在1.61eV～3.10eV范围内，由图可知()A.基态氢原子吸收能量为10.3eV的光子能从n＝1能级跃迁到n＝2能级B.用光子能量为14.2eV的光