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第五章 原子與原子核
第1節 原子的結構
1858年，科學家在研究稀薄氣體放電時發現，在內部氣體足夠稀薄（抽成真空）的玻璃管兩端加上高電壓時，陰極就會發出一種射線——陰極射線。
陽極
熒光屏
狹縫
陰極
陰極射線究竟是什么？是原子？還是更小的帶電微粒？
1.了解α粒子散射實驗原理和實驗現象；
2.了解盧瑟福的原子核式結構模型，
3.了解玻爾原子理論的基本假設的主要內容。
4.能用玻爾原子理論解釋氫原子能級圖及光譜。
一、原子核式結構的提出
1.湯姆孫的“棗糕”模型 / “葡萄干布丁模型”
原子是個球體，
正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌其中。
J.J湯姆孫
2.盧瑟福α粒子散射實驗
盧瑟福
在真空中，一束α粒子打在金箔上，通過探測屏或者顯微鏡觀察某一時間內向某一方向散射的α粒子數。
問題：那什么是α粒子呢？
α射線是高速運動的氦原子核。
問題：為什么選擇α粒子呢？
（1）首先是容易獲得，從放射源中就能得到他。其次它質量大，速度快，就足夠的能量可以接近原子中心。
（2）最后它可以使熒光物質發光，因此可以方便的捕捉它的軌跡。如果α粒子與其他粒子發生相互作用而改變運動方向，熒光屏就能夠顯示出它的方向變化。
問題：為什么用金箔作為靶材呢？
（1）由于金的延展性很好，可以做的很薄，甚至只有1μm厚。這樣一來，就可以減少a粒子與氫原子核發生二次碰撞的可能性。
（2）此外，金原子的質量遠比α粒子要大，被α粒子的轟擊后不易移動。
問題：為什么整個裝置要放在真空中？
防止a射線電離空氣影響實驗結果
現象：
絕大多數 α 粒子穿越金箔后仍沿原方向前進，少數發生較大偏轉，極少數偏轉角超過90°
3.原子的核式結構模型：
原子中心有一個很小的核，叫原子核，
原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在核里，
帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。
二、氫原子光譜
1.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。
2.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
3.經典理論的困難
矛盾二：無法解釋原子的穩定性
矛盾一：無法解釋原子光譜的分立性
輻射電磁波
事實上：輻射電磁波頻率只是某些確定值
電子軌道半徑連續變小
原子不穩定
輻射電磁波頻率連續變化
Hα
Hδ
Hγ
Hβ
事實上：
原子是穩定的
核外電子繞核運動
二、原子的能級結構
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
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
軌道與能級相對應
氫原子的能級示意圖
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。
氫原子能級的躍遷條件
光子的能量：E=hv
如果電子想從n=1躍遷到n=2的軌道
E2-E1=10.2eV
如果電子想從n=1躍遷到n=3的軌道
E3-E1=12.09eV
則原子需要剛好吸收12.09eV的能量
電離條件
實物粒子
5.玻爾理論對氫光譜的解釋
（1）解釋氫原子光譜的不連續性
原子從較高能級向低能級躍遷時放出光子的能量等于前后兩能級差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發射光譜只有一些分立的亮線。
（2）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，能級各不相同，因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。
6.玻爾理論的成就和局限性
（1）玻爾理論的成就
①玻爾理論第一次將量子觀念引入原子領域。
②提出了定態和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實驗規律。
（2）玻爾理論的局限性
過多地保留了經典理論，即保留經典粒子的觀念，把電子的運動看作經典力學描述下的軌道運動。除了氫原子光譜外，在解釋其他原子發光的問題上遇到了很大的困難。
怎樣修改玻爾模型？
思想：必須徹底放棄經典概念
關鍵：用電子云概念取代經典的軌道概念
原子中的電子沒有確定的坐標值，我們只能描述電子在某個位置出現概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點表示時，這種圖象就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。
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
ABC
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
AB
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

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