資源簡介

4.3原子的核式結構模型
【學習目標】
1．知道發現電子的意義，體會電子發現過程中蘊含的科學方法。
2．了解α粒子散射實驗原理和實驗現象。了解盧瑟福的原子核式結構模型。知道原子和原子核大小的數量級。
3．認識原子核式結構模型建立的科學推理與論證過程。
情境問題：科學家在研究稀薄氣體放電時發現，當玻璃管內的氣體足夠稀薄時，陰極就發出一種射線。它能使對著陰極的玻璃管壁發出熒光，這種射線稱為陰極射線。這種射線的本質是什么呢
一、電子的發現
1.湯姆孫實驗裝置
①K產生陰極射線 ②A、B形成一束細細射線
③D1、D2之間加電場或磁場檢測射線的帶電性質
④熒光屏顯示陰極射線到達的位置，可以研究射線的徑跡。
問題1：陰極射線的本質，通過什么原理來測定呢？如圖所示，回憶帶電粒子在勻強電場、勻強磁場中的偏轉情況。
2.湯姆孫發現電子
湯姆孫發現，如果不加電場和磁場陰極射線就會直接打到p1。如果只加電場，陰極射線就會發生偏轉，落在p2。 這是往正極方向偏，說明陰極射線帶負電。 即陰極射線的本質是帶負電的粒子流。
3.密立根“油滴實驗”測電子電量
密立根發現：電荷是量子化的，任何帶電體的電荷只能是e的整倍。
二、原子的核式結構模型
1.湯姆孫西瓜模型
模型內容：
西瓜模型的作用：能解釋元素周期律，能解釋陰極射線的現象，能估算出原子的大小。
2. a粒子散射實驗
實驗結果：
思考：粒子出現大角度散射有沒有可能是與電子碰撞后造成的？西瓜模型能否解釋大角度偏轉呢？
3.盧瑟福——核式結構模型
盧瑟福提出的原子核式結構模型，內容：
三、原子核的電荷與尺度
1.電子數與原子序數
原子核所帶正電荷數=核外電子數=該元素在周期表內的原子序數
2.原子核的尺度
實驗確定的核半徑的數量級為10-l5m，而整個原子半徑的數量級是10-10m，兩者相差十萬倍之多。可見原子內部是十分"空曠"的。
【當堂練習】
1．電子的發現說明（ ）
A．原子是由原子核和電子組成的 B．物質是帶電的且一定帶負電
C．原子可進行再分 D．原子核可再分
2．關于陰極射線，下列說法正確的是（ ）
A．陰極射線就是稀薄氣體導電的輝光放電現象 B．陰極射線是在真空管內由陰極發出的電子流
C．陰極射線是某一頻率的電磁波 D．陰極射線可以直線傳播，也可被電場、磁場偏轉
3．一只陰極射線管，左側不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導線AB，發現射線徑跡向下偏，則（ ）
A．導線中的電流由A流向B
B．導線中的電流由B流向A
C．若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過改變AB中的電流方向來實現
D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關
4．提出原子核式結構模型的科學家是（ ）
A．湯姆孫 B．法拉第 C．盧瑟福 D．奧斯特
5．在用α粒子轟擊金箔的實驗中，盧瑟福觀察到的α粒子的運動情況是（ ）
A．全部α粒子穿過金屬箔后，仍按原來的方向前進
B．絕大多數α粒子穿過金屬箔后，仍按原來的方向前進，少數發生較大偏轉，極少數甚至被彈回
C．少數α粒子穿過金屬箔后，仍按原來的方向前進，絕大多數發生較大偏轉，甚至被彈回
D．全部α粒子都發生很大偏轉
6．盧瑟福α粒子散射實驗的結果（ ）
A．證明了質子的存在 B．證明了原子核是由質子和中子組成的
C．說明原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核上
D．說明原子的電子只能在某些不連續的軌道上運動
7．在α粒子散射實驗中，沒有考慮α粒子跟電子的碰撞，其原因是（ ）
A．α粒子不跟電子發生相互作用 B．α粒子跟電子相碰時，損失的能量極少，可忽略
C．電子的體積很小，α粒子不會跟電子相碰 D．由于電子是均勻分布的，α粒子所受電子作用的合力為零
8．盧瑟福原子核式結構理論的主要內容有（ ）
A．原子的中心有個核，叫做原子核 B．原子的正負電荷都均勻分布在整個原子中
C．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里 D．帶負電的電子在核外繞核旋轉
9．在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數α粒子發生大角度偏轉，其原因是（ ）
A．原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上 B．正電荷在原子中是均勻分布的
C．原子中存在著帶負電的電子 D．原子只能處于一系列不連續的能量狀態中
10. 在α粒子散射實驗中，使少數α粒子發生大角度偏轉的作用力是原子核對α粒子的（ ）
萬有引力 B. 庫倉力 C.磁場力 D. 核力
4.4 氫原子光譜和波爾的原子模型
學習目標
1. 掌握光譜概念及分類；2. 掌握氫原子光譜的實驗規律；3. 掌握玻爾原子理論的基本假設，了解經典理論的困難。
一、光譜
1.定義：用棱鏡或光柵把物質發出的光按 (頻率)展開，獲得波長(頻率)和 分布的記錄．
2.分類 (1)線狀譜：光譜是一條條的 ． (2)連續譜：光譜是 的光帶．
3.特征譜線：氣體中中性原子的發光光譜都是 ，說明原子只發出幾種 的光，不同原子的亮線位置 ，說明不同原子的 不一樣，光譜中的亮線稱為原子的 ．
4.應用：利用原子的 ，可以鑒別物質和確定物質的 ，這種方法稱為 ，它的優點是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到10－13 kg時就可以被檢測到．
二、氫原子光譜的實驗規律
1.許多情況下光是由原子內部電子的運動產生的，因此光譜是探索 的一條重要途徑．
2.氫原子光譜的實驗規律滿足巴耳末公式：＝R∞(－)(n＝3,4,5，…) 式中R為 ，R∞＝1.10×107 m－1，n取整數．
3.巴耳末公式的意義：以簡潔的形式反映了氫原子的 光譜的特征．
三、經典理論的困難
1.核式結構模型的成就：正確地指出了 的存在，很好地解釋了 ．
2.經典理論的困難：經典物理學既無法解釋原子的 ，又無法解釋原子光譜的 線狀譜．
四、玻爾原子理論的基本假設
1.軌道量子化：(1)原子中的電子在 的作用下，繞原子核做 ．
(2)電子運行軌道的半徑不是任意的，也就是說電子的軌道是 的(填“連續變化”或“量子化”)．
(3)電子在這些軌道上繞核的運動是 的，不產生 ．
2.定態：(1)當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態，具有不同的能量．電子只能在特定軌道上運動，原子的能量只能取一系列特定的值．這些量子化的能量值叫作 ．
(2)原子中這些具有確定能量的穩定狀態，稱為 ．能量 的狀態稱為基態，其他的狀態叫作激發態．
3.頻率條件
當電子從能量較高的定態軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態軌道(能量記為Em，m＜n)時，會放出能量為hν的光子，該光子的能量
hν＝ ，該式稱為頻率條件，又稱輻射條件．
五、玻爾理論對氫光譜的解釋
1.氫原子能級圖(如圖所示)
2.解釋巴耳末公式：
巴耳末公式中的正整數n和2代表能級躍遷之前和躍遷之后所處的 的量子數n和2
3.解釋氣體導電發光：通常情況下，原子處于基態，非常穩定，氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊，有可能向上躍遷到 ，處于激發態的原子是 的，會自發地向能量較低的能級躍遷，放出 ，最終回到基態．
4.解釋氫原子光譜的不連續性
原子從較高的能級向低能級躍遷時放出的光子的能量等于前后 ，由于原子的能級是 的，所以放出的光子的能量也是 的，因此原子的發射光譜只有一些分立的亮線．
5.解釋不同原子具有不同的特征譜線
不同的原子具有不同的結構， 各不相同，因此輻射(或吸收)的 也不相同．
六、玻爾理論的局限性
1.成功之處
玻爾的原子理論第一次將 引入原子領域，提出了 的概念，成功解釋了 光譜的實驗規律．
2.局限性：保留了 的觀念，仍然把電子的運動看作經典力學描述下的 運動．
3.電子云
原子中的電子沒有確定的坐標值，我們只能描述某時刻電子在某個位置出現 的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點表示時，這種圖像就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱 ．
當堂練習：
1.(多選)下列關于光譜的說法正確的是(　　)
A.連續光譜就是由連續發光的物體產生的光譜，線狀譜是線狀光源產生的光譜
B.通過對連續譜的光譜分析，可鑒定物質成分
C.連續光譜包括一切波長的光，線狀譜只包括某些特定波長的光
D.通過對線狀譜的明線光譜分析可鑒定物質成分
2.(多選)已知可見光波長范圍為400-760nm，下列關于巴耳末公式＝R∞(－)的理解，正確的是(　　)
A.巴耳末系的4條譜線位于可見光區域
B.公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續譜
C.公式中n只能取大于或等于3的整數值，故氫原子光譜是線狀譜
D.在巴耳末系中n值越大，對應的波長λ越短
3.按照玻爾理論，下列表述正確的是(　 　)
A.核外電子運動軌道半徑可取任意值 B.氫原子中的電子離原子核越遠，氫原子的能量越小
C.電子躍遷時，輻射或吸收光子的能量由能級的能量差決定，即hν＝Em－En(m>n)
D.氫原子從激發態向基態躍遷的過程中，可能輻射能量，也可能吸收能量
4.氫原子吸收一個光子后，根據玻爾理論，下列判斷正確的是(　　)
A.電子繞核旋轉的軌道半徑增大 B.電子的動能會增大
C.氫原子的電勢能減小 D.氫原子的能級減小
5.(多選)如圖所示為氫原子的能級分布圖，已知可見光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范圍內，由圖可知(　 　)
A.基態氫原子吸收能量為10.3 eV的光子能從n＝1能級躍遷到n＝2能級
B.用光子能量為14.2 eV的光照射基態的氫原子，能夠使其電離
C.一群處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，可輻射6種不同頻率的光子
D.氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，輻射的光子是可見光
6.如圖所示，氫原子從n＞2的某一能級躍遷到n＝2的能級，輻射出能量為2.55 eV的光子。
(1)最少要給基態的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖．
(2)若用輻射躍遷圖中頻率最大的光子照射逸出功為2.75 eV的光電管，求加在該光電管上的反向遏止電壓。

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