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第一節 原子的結構
粵教版（2019）高中物理選擇性必修第三冊
第五章 原子與原子核
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
時代背景——近代科學原子論（19世紀）
1.原子是組成物質的最小微粒
2.原子模型：原子是堅實的，不可再分的實心球。
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
電子的發現者——J. J.湯姆孫
J. J.湯姆孫通過研究氣體電離和光電效應實驗現象中發現并完全確認了電子的存在。
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
1、組成陰極射線的成分是電子；
2、密立根通過著名的“油滴實驗”精確測定了電子的電荷量：
3、電荷是量子化的；
4、電子的發現的意義：打破了傳統的“原子不可分”的觀念。
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
原子是一個球體，正電荷均勻地分布其中，質量很小的電子鑲嵌其中，就象棗點綴在一塊蛋糕里一樣，所以又被人們稱為“棗糕模型”或“葡萄干布丁模型”。
J. J.湯姆孫的原子模型——“棗糕模型”
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
1909年湯姆孫的學生盧瑟福建議其學生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗證湯姆孫原子模型。
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
實驗現象
絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進，
少數α粒子（約占8000分之一）發生了較大的偏轉，
極少數α粒子的偏轉超過了90°，有的甚至幾乎被撞了回來。
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
1911年，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。
1、原子核：原子中心有一個很小的核，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部質量。
2、帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉。
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
只含有一些不連續的亮線的光譜叫做線狀光譜
由波長連續分布的光組成的連在一起的光帶叫連續光譜
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
原子光譜：
某種原子的氣體通電后可以發光并產生固定不變的光譜。
氫原子光譜：
由實驗得到的氫原子光譜是分立的。
每種原子都有自己的特征光譜
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
每種原子都有自己的特征光譜
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
受到普朗克和愛因斯坦量子概念的啟發下，
玻爾提出：1.電子繞原子核運動的軌道半徑是分立的，電子只能在某些特定的軌道。（軌道量子化假說）
玻爾，丹麥物理學家1885年10月7日—1962年11月18日，1922獲得諾貝爾物理學獎
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
n=∞
2.當電子在不同的軌道上運動時，
原子具有不同的能量值（能級）（能量量子化假說）。
3.當電子從一個穩定態躍遷到另一個穩定態，會輻射出電磁波或者吸收電磁波.電磁波波長滿足，（躍遷假說）
4.高能級的原子能自發地向低能級躍遷，并輻射出能量。反之，低能級的原子獲得能量，便可以向高能級躍遷。
hv =Em-En
基態：能量最低的狀態（離核最近）。
激發態：其他的狀態。
n=∞
軌道與能級相對應
氫原子的能級示意圖
氫原子光譜
原子能級結構
原子核式結構
電子的發現
氫原子的能級結構
激發態：當電子受到外界激發時，可從外界吸收能量，并從基態躍遷到較高能級上，這些能級對應的狀態稱為激發態。
基態：在正常情況下，氫原子處于最低的能級，這個最低能級 對應的狀態稱為基態。
基態
激發態
例題：根據氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于的激發態。
（1）在向較低能級躍遷的過程中向外發出的光子有幾種？能量多大？
（2）哪些能使逸出功為2.29eV的金屬鈉發生光電效應？逸出的光電子最大初動能為多大？
√
√
1．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．湯姆孫研究陰極射線，用測定粒子比荷的方法發現了電子
B．電子的發現證明了原子是可分的
C．湯姆孫認為原子里面帶正電荷的物質應充斥整個原子，而帶負電的電子，則鑲嵌在球體的某些固定位置
D．湯姆孫認為原子里面帶正電荷的物質都集中在原子中心一個很小的范圍內
√
課堂練習
√
√
2．(多選)如圖所示為α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡在圖中的A、B、C、D四個位置時，關于觀察到的現象，下述說法正確的是(　　)
A．相同時間內放在A位置時觀察到屏上的閃光次數最多
B．相同時間內放在B位置時觀察到屏上的閃光次數比放在A位置時少得多
C．放在C位置時屏上觀察不到閃光
D．放在D位置時屏上看不到閃光
課堂練習
3．用能量為12.75eV的光子去激發處于基態的一群氫原子，受激發后的氫原子向低能級躍遷時可以放出幾種頻率的光子（　　）
A．12種
B．6種
C．5種
D．3種
B
課堂練習
4、(多選)氫原子各個能級的能量如圖所示，大量氫原子由n＝1能級躍遷到n＝4能級，在它回到n＝1能級過程中，下列說法中正確的是(　 　)
A.可能激發出頻率不同的光子只有6種
B.可能激發出頻率不同的光子只有3種
C.可能激發出的光子的最大能量為12.75 eV
D.可能激發出的光子的最大能量為0.66 eV
AC
課堂練習
5．氫原子處于基態時，原子的能量為E1＝－13.6 eV．問：
(1)氫原子在n＝4的定態上時，可放出幾種光子？
[解析]　原子處于n＝1的定態，這時原子對應的能量最低，這一定態是基態，其他的定態均是激發態．原子處于激發態時不穩定，會自動地向基態躍遷，而躍遷的方式多種多樣，當氫原子從n＝4的定態向基態躍遷時，可釋放出6種不同頻率的光子．
[答案]　6種　
課堂練習
(2)若要使處于基態的氫原子電離，要用多大頻率的電磁波照射此原子(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，結果保留三位有效數字)．
[解析]　要使處于基態的氫原子電離，就是要使氫原子第一條可能軌道上的電子獲得能量脫離原子核的引力束縛，則hν≥E∞－E1＝13.6 eV＝2.176×10-18 J，
即ν≥ Hz≈3.28×1015 Hz．
[答案]　3.28×1015 Hz

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