高中物理-选修3---5-第十八章原子结构-全章课件

18.1 18.1 电子的发现电子的发现18.2 18.2 原子的核式结构模型原子的核式结构模型18.3 18.3 氢原子光谱氢原子光谱18.4 18.4 波尔的原子模型波尔的原子模型高中物理选修高中物理选修3-5第十八章第十八章原子结构全章课件汇总原子结构全章课件汇总18.1电子的发现18.2原子的核1选修选修35 35 第十八章第十八章 原子结构原子结构18.1电子的发现电子的发现选修35第十八章原子结构219世纪是电磁学大发展的世纪是电磁学大发展的时期时期,到七、八十年代电气工到七、八十年代电气工业开始有了发展业开始有了发展,其中电气照其中电气照明也吸引了许多科学家的注意，明也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气体放电现象，问题涉及低压气体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气于是，人们竞相研究与低压气体发电现象有关的问题。体发电现象有关的问题。3阴极射线阴极射线是低压气体放电过程中出现的是低压气体放电过程中出现的一种奇特现象，德国物理学家一种奇特现象，德国物理学家J.普吕克尔在普吕克尔在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的发现的.从低压气体放电管阴极发出一种射线。从低压气体放电管阴极发出一种射线。阴极射线阴极射线对其本性对其本性的研究形成了的研究形成了英国英国学派的微学派的微粒说和粒说和德国德国学学派的以太说。派的以太说。1876年，戈年，戈德斯坦的研究。德斯坦的研究。阴极射线是低压气体放电过程中出现的一种奇特现4阴极射线阴极射线对其本性的研究导致了对其本性的研究导致了英国英国学派的微粒说和学派的微粒说和德德国国学派的以太。学派的以太。粒子和电磁波有什么区别？粒子和电磁波有什么区别？实验实验实验该怎么做？实验该怎么做？阴极射线对其本性的研究导致了英国学派的微粒说和5J.J.汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自1890年年起开始研究。起开始研究。J.J.汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验研6MN气体放电管气体放电管-+进一步做实验：确定荷质比进一步做实验：确定荷质比经检验为经检验为负电荷负电荷MN气体放电管-+进一步做实验：确定荷质比经检验为负电荷7MN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,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,适当地调节电场和磁场的强适当地调节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/B+-18971897年得到实验结果：年得到实验结果：荷质比约为质子的荷质比约为质子的20002000倍倍MN一个质量为m,电量为e的带电粒子,以速度v垂直进入磁场B8实验结果实验结果：荷质比约为质子的：荷质比约为质子的20002000倍倍 进一步分析进一步分析实验结果：是电荷比质实验结果：是电荷比质子大？还是质量比质子小？（测量）子大？还是质量比质子小？（测量）进一步拓展研究对象：用不同的材进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实验，光电效应、热离子发料做阴极做实验，光电效应、热离子发射效应、射线（研究对象射效应、射线（研究对象普遍化普遍化）。）。实验结论实验结论：电子是原子的组成部分，：电子是原子的组成部分，是比原子跟基本的物质单元。是比原子跟基本的物质单元。实验结果：荷质比约为质子的2000倍进一步分析实验结9 美国科学家美国科学家密立根密立根又精确地测定了电子的又精确地测定了电子的电量：电量：e=1.602210 e=1.6022101919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：量为：m=9.109410 m=9.1094103131 kg kg 美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量：10回顾：回顾：公元前公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即即原子原子。19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体球体,物质由原子组成物质由原子组成,原子原子不能被创造不能被创造,也不能被毁灭也不能被毁灭,在化学变化中在化学变化中原子不可分割原子不可分割,他们的性质在化学反应中保他们的性质在化学反应中保持不变。持不变。回顾：19世纪初，英国科学家11电子的发现具有伟大的意义，电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使人们认识到自然界因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。电子的发还有比原子更小的实物。电子的发现打开了通向原子物理学的大门现打开了通向原子物理学的大门,人们开始研究原子的结构人们开始研究原子的结构.他被科学界誉为他被科学界誉为“一位最先打一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人开通向基本粒子物理学大门的伟人”电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使人们认12J.J.汤姆生对电子的研究过程和方法汤姆生对电子的研究过程和方法定性研究：定性研究：J.J.汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转实验，他进一步提高了真空度，并且减小极实验，他进一步提高了真空度，并且减小极间电压，以防止气体电离，终于获得了稳定间电压，以防止气体电离，终于获得了稳定的静电偏转。得出阴极射线带负电。的静电偏转。得出阴极射线带负电。定量研究定量研究：计算出阴极射线的荷质比计算出阴极射线的荷质比e/m。普遍性证明普遍性证明J.J.汤姆生对电子的研究过程和方法定性研究：13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、荷荷质比相同的粒子沿质比相同的粒子沿OOOO方向从方向从OO射入，打在射入，打在屏上屏上P P（-）点，求：）点，求：（1 1）粒子带何种电荷？）粒子带何种电荷？（2 2）B B的方向？的方向？（3 3）粒子的荷质比？）粒子的荷质比？OOO OM MN N思考与研讨思考与研讨习题1：如图，在两平行板间有平行的均匀电场E，匀强磁场B。M14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为发射热电子的阴极，为发射热电子的阴极，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。电子离开阴极是速度可以忽略，电子。电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从经加速后从K K的小孔中射出时的速度大小为的小孔中射出时的速度大小为v v，下面说，下面说法正确的是：法正确的是：()()A A、如果、如果A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速、不变，则离开时速率变为率变为2v 2v B B、如果、如果A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速、不变，则离开时速率变为率变为v/2 v/2 C C、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率减半，则离开时速率变为变为2v 2v D D、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率减半，则离开时速率变为变为0.707v0.707vA AK KU U习题2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A为发射热电子15选修选修35 35 第十八章第十八章 原子结构原子结构18.2原子的核式结构模型原子的核式结构模型选修35第十八章原子结构1618971897年，汤姆孙对阴极年，汤姆孙对阴极射线研究，发现了电子，射线研究，发现了电子，说明原子是可再分的，说明原子是可再分的，原子是中性的，因此推原子是中性的，因此推断出原子中还有带正电断出原子中还有带正电的物质那么这两种物的物质那么这两种物质是怎样构成原子的呢质是怎样构成原子的呢？汤姆孙汤姆孙1897年，汤姆孙对阴极射线研究，发现了电子，说明原子是可再171、理论依据：2、建立的模型：3、解释的现象：4、遇到的困难：电子电子正电荷正电荷一、汤姆生的原子模型一、汤姆生的原子模型1、理论依据：电子正电荷一、汤姆生的原子模型18汤姆生原子枣糕模型能解释当时汤姆生原子枣糕模型能解释当时发现的一些现象，如原子的发光等，发现的一些现象，如原子的发光等，因而曾被广泛接受。因而曾被广泛接受。但勒纳德但勒纳德1903年做了一个实验，使电年做了一个实验，使电子束射到金属模上，发现较高速度的电子束射到金属模上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。看来原子不是一个子很容易穿透原子。看来原子不是一个实心球体。稍后一些的实心球体。稍后一些的粒子散射实验粒子散射实验则完全否认了汤姆孙的原子模型。则完全否认了汤姆孙的原子模型。汤姆生原子枣糕模型能解释当时发现的一些现象，如19二、粒子散射实粒子散射实验验卢瑟福卢瑟福1909年年1911年年英国科学家英国科学家卢瑟福卢瑟福和和他的助手进行了著名他的助手进行了著名的的粒子散射实验粒子散射实验，使人们对原子的内部使人们对原子的内部结构有了新的认识结构有了新的认识。二、粒子散射实验卢瑟福1909年1920（一）装置简介：（一）装置简介：（一）装置简介：21问题：问题：粒子散射实验的结果是：粒子散射实验的结果是：粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后几乎仍沿原几乎仍沿原来的方向前进或偏转很小来的方向前进或偏转很小；粒子粒子发生了较大的偏转，发生了较大的偏转，粒子粒子偏转角超过了偏转角超过了9090，被弹回，偏角几乎达到被弹回，偏角几乎达到180180。绝大多数绝大多数少数少数极少数极少数有的甚至有的甚至问题：粒子散射实验的结果是：绝大多数少数极少数有的甚至22问题：问题：1.粒子散射实验的结果与汤姆生原子模型得出粒子散射实验的结果与汤姆生原子模型得出的结论是否相符？说明你的理由。的结论是否相符？说明你的理由。2.原子内部的正电荷应该如何分布才能形成原子内部的正电荷应该如何分布才能形成粒粒子的大角度散射呢？子的大角度散射呢？3.请大家分析一下，卢瑟福是如何解释请大家分析一下，卢瑟福是如何解释粒子散粒子散射实验的？射实验的？问题：1.粒子散射实验的结果与汤姆生原子模型得出的结论23（1）电子不可能使粒子发生大角度散射。粒子跟电子碰撞过程中两者动量变化相等，因粒子的质量是电子质量的7300倍，撞前后粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度发生改变。因此，粒子撞电子时不会出现被反弹回来的现象。发生非对心碰撞时，粒子也不会出现大角度偏转。可见，电子对粒子在速度的大小、方向上的改变是十分微小的。（2）按汤姆孙的原子模型，正电荷在原子内部分布均匀，粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力有相当大的一部分相抵削，使粒子偏转的力也不会很大，粒子散射现象说明了汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况。（1）电子不可能使粒子发生大角度散射。粒子跟电子碰撞过程24（3）实验中发现少数粒子发生大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比本身大的多的物休作用。（4）金箔的厚度大约1m，金原子的直径约310-10m。绝大多数粒子穿过金箔时，相当于穿过几千个金原子的厚度，但它们的运动方向没发生明显的变化，这个现象表明粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电量都集中在体积很小的核上。（3）实验中发现少数粒子发生大角度偏转，甚至反弹回来，表明25卢瑟福的原子核式结构模型：卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原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子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动。核外的空间运动。卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原26卢瑟福卢瑟福粒子散射实验的解释粒子散射实验的解释卢瑟福粒子散射实验的解释27小结卢瑟福原子的核式结构模型的建立过程卢瑟福原子的核式结构模型的建立过程汤姆生发现电子汤姆生发现电子汤姆生原子模型汤姆生原子模型枣糕式枣糕式卢瑟福原子核式模卢瑟福原子核式模型型粒子散射实验粒子散射实验行星式小结卢瑟福原子的核式结构模型的建立过程汤姆生发现电子汤姆生原28效果检测1 1有关有关粒子散射实验，下列说法中正确粒子散射实验，下列说法中正确的是（的是（）A A 绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后不改变方向；粒子穿过金箔后不改变方向；B B 粒子碰到电子后运动方向几乎不发生改粒子碰到电子后运动方向几乎不发生改变；变；C C 粒子散射实验，肯定了汤姆生的原子结粒子散射实验，肯定了汤姆生的原子结构模型；构模型；D D 粒子散射实验，是卢瑟福原子核式结构粒子散射实验，是卢瑟福原子核式结构模型的实模型的实验依据。验依据。ABD效果检测1有关粒子散射实验，下列说法中正确的是（）29效果检测2 2下列对原子的结构的认识中正确的是（下列对原子的结构的认识中正确的是（）A A 原子中绝大部分是空的，原子核很小；原子中绝大部分是空的，原子核很小；B B 电子在核外旋转，库仑力提供向心力；电子在核外旋转，库仑力提供向心力；C C 原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里；里；D D 原子核的直径大约为原子核的直径大约为10-10-1010m mAB效果检测2下列对原子的结构的认识中正确的是（）AB30效果检测3 3如如图图所所示示为为粒粒子子散散射射实实验验中中粒粒子子穿穿过过某某一一金金原原子子核核附附近近时时的的示示意意图图，A A、B B、C C三三点点分分别别位位于于两两个个等等势势面上，则以下说法中正确的是（面上，则以下说法中正确的是（）+ABCA A 粒子在粒子在A A处的速率比在处的速率比在B B处处 的速率小；的速率小；B B 粒子在粒子在B B处的速率最大；处的速率最大；C C 粒子在粒子在A A、C C处的速度相同；处的速度相同；D D 粒子在粒子在B B处的速率比在处的速率比在C C处处 的速率小。的速率小。D效果检测3如图所示为粒子散射实验中粒子穿过某一金原子核31英国物理学家。英国物理学家。1856年年12月月18日出生于英格兰曼彻日出生于英格兰曼彻斯特。斯特。汤姆生汤姆生(Joseph John(Joseph John Thomson,1856Thomson,185619401940年年)杰出贡献杰出贡献:1897年发现电子年发现电子(荣获荣获1906年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖)英国物理学家。1856年12月18日出生于英格321871年年8月月30日生于新西兰日生于新西兰杰出贡献杰出贡献:1899年命名年命名射线、射线、射线；射线；发现放射性元素发现放射性元素“钍钍”；1902年提出原子自然蜕变年提出原子自然蜕变理论；理论；卢瑟福卢瑟福(1871(187119371937年年)1911年提出年提出原子的核式结构模型；原子的核式结构模型；1919年年发现质子，预言中子。发现质子，预言中子。1871年8月30日生于新西兰卢瑟福(1833 汤姆生对阴极射线管中的射线汤姆生对阴极射线管中的射线进行了仔细研究之后，认为这种射进行了仔细研究之后，认为这种射线是由带负电的粒子流组成。线是由带负电的粒子流组成。汤姆生把这种带负电的粒子称汤姆生把这种带负电的粒子称为电子。并进一步测量电子的荷质为电子。并进一步测量电子的荷质比。他发现不论管内含有何种气体，比。他发现不论管内含有何种气体，但射线所带的荷质比并无不同。但射线所带的荷质比并无不同。汤姆生对阴极射线管中的射线进行了仔细研究之后，认为这34选修选修35 35 第十八章第十八章 原子结构原子结构18.3氢原子光谱氢原子光谱选修35第十八章原子结构35原子的中心有一个带正电原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转则在核外空间绕核旋转原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，36原子中，电子轨道是怎样的？原子中，电子轨道是怎样的？研究途径：光谱研究途径：光谱原子中，电子轨道是怎样的？研究途径：光谱37光谱复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案 例子：例子：光谱复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，38（1 1）连续光谱）连续光谱 连续分布连续分布的包含有从红光到紫光各种的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做色光的光谱叫做连续光谱。连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱形成连续光谱。（1）连续光谱39（2 2）线状谱）线状谱只含只含不连续的亮线不连续的亮线的光谱叫做线状谱。的光谱叫做线状谱。线状谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波线状谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱线状谱由游离状态的原子发射也叫原子光谱。线状谱由游离状态的原子发射也叫原子光谱。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此光，因此线状谱的谱线也叫原子的特征谱线。线状谱的谱线也叫原子的特征谱线。（2）线状谱40原子光谱原子光谱每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子光谱均不同光谱均不同原子光谱每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子光41（3）吸收光谱）吸收光谱 物体发出的白光通过物质时，某些波长的物体发出的白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各原子的吸收光谱中每一条暗线都跟该种各原子的吸收光谱中每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就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是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。（3）吸收光谱物体发出的白光通过物质时，某些波长的光被42高中物理-选修3-5-第十八章原子结构-全章课件43光谱分析：光谱分析：1 1、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质鉴别物质和和确定它的确定它的化学组成化学组成。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。2 2、光谱分析的的原理：利用、光谱分析的的原理：利用发射光谱发射光谱和和吸收吸收光谱光谱。3 3、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。4 4、光谱分析的应用：发现、光谱分析的应用：发现新元素新元素和研究天和研究天体的体的化学组成化学组成。光谱分析：1、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征谱线，44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。氢原子光谱氢原子光谱氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子光谱45巴末耳的研究巴末耳的研究巴末耳的研究46巴末耳公式巴末耳公式N6N6的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）巴耳末系巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系适用区域：适用区域：可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区巴末耳公式N6的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外47氢原子光谱的其他线系氢原子光谱的其他线系莱曼线系莱曼线系 红红外外区区还还有有三三个个线线系系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普丰特系普丰特系紫外线区紫外线区氢原子光谱的其他线系莱曼线系红外区还有三个线系帕邢系布喇开48 氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：表现在其波数可用一普遍公式来表示：其其中中对应一个对应一个m构成一个谱线系构成一个谱线系每一谱线的波数都等于两项的差数每一谱线的波数都等于两项的差数令令称为光谱项。称为光谱项。氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现49高中物理-选修3-5-第十八章原子结构-全章课件50高中物理-选修3-5-第十八章原子结构-全章课件51高中物理-选修3-5-第十八章原子结构-全章课件52三、卢瑟福模型的困难三、卢瑟福模型的困难三、卢瑟福模型的困难三、卢瑟福模型的困难原子核式结构模型原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论的矛盾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子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上事实上：原子是稳定的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。三、卢瑟福模型的困难原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾核外53选修选修35 35 第十八章第十八章 原子结构原子结构18.4波尔的原子模型波尔的原子模型选修35第十八章原子结构54汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙的西汤姆孙的西汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型瓜模型瓜模型粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的核卢瑟福的核卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型式结构模型式结构模型回顾科学家对原子结构的认识史回顾科学家对原子结构的认识史回顾科学家对原子结构的认识史回顾科学家对原子结构的认识史原子不可割原子不可割原子不可割原子不可割汤姆孙的西汤姆孙的西汤姆孙的西汤姆孙的西瓜模型瓜模型瓜模型瓜模型原子稳定性事实原子稳定性事实原子稳定性事实原子稳定性事实氢光谱实验氢光谱实验氢光谱实验氢光谱实验否定否定建立建立否定否定建立建立否定否定卢瑟福的核卢瑟福的核卢瑟福的核卢瑟福的核式结构模型式结构模型式结构模型式结构模型建立建立出现矛盾出现矛盾?汤姆孙发现电子汤姆孙的西瓜模型粒子散射实验卢瑟福的核式结构55 19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据有研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象，得到了多数人的支持，但是与经典的电磁理论发生了矛盾著名的 粒子散射实验19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的56 按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化事实上，原子事实上，原子是稳定的，辐射电是稳定的，辐射电磁波的频率也只是磁波的频率也只是某些确定的值某些确定的值按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的571、轨道假说、轨道假说2、能量假说、能量假说3、越前假说、越前假说19131913年玻尔提出了自己的原子结构假说年玻尔提出了自己的原子结构假说玻玻尔尔1、轨道假说2、能量假说3、越前假说1913年玻尔提出了自己58针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某子轨道半径只能是某子轨道半径只能是某子轨道半径只能是某些些些些分立分立的数值的数值的数值的数值。且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上且电子在这些轨道上绕核的转动是绕核的转动是绕核的转动是绕核的转动是稳定的稳定的稳定的稳定的，不产生电磁辐射不产生电磁辐射不产生电磁辐射不产生电磁辐射假说1:轨道量子化+分立轨道针对原子核式结构模型59m rv原子在不同的轨道上原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同运动时，原子处于不同的状态波尔指出，原的状态波尔指出，原子的不同的状态中具有子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子不同的能量，所以原子的能量也量子化的的能量也量子化的针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出+mrv原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态60m rv能级：量子化的能量值能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定状态定态：原子中具有确定能量的稳定状态量子数量子数基态：能量最低的状态（离核最近）基态：能量最低的状态（离核最近）基态基态基态基态激发态：其他的状态激发态：其他的状态激发态激发态激发态激发态能级图能级图轨道图轨道图1 1 1 12 2 2 23 3 3 3+mrv能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定61基基态态激激发发态态跃迁跃迁（电子克服库仑引力做功增大电势能，（电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加）原子的能量增加）吸收光子吸收光子吸收光子吸收光子（电子所受库仑力做正功减小电势能，（电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少）原子的能量减少）辐射光子辐射光子辐射光子辐射光子光子的发射和吸收光子的发射和吸收基激发态跃迁（电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加62n EmEn针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出当电子从能量较高的定态轨道当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为（其能量记为m m）跃迁到能量）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为较低的定态轨道（能量记为n n，mnmn）时，会放出能量为）时，会放出能量为h h的光子（的光子（h h是普朗克常量），这是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，的能量差决定，即即h hm m-n n称为频率条件，又称辐射条件称为频率条件，又称辐射条件+nEmEn假说3:频率条件（跃迁假说）针对原子光谱是线状63 原子在始、末原子在始、末两个能级两个能级Em和和En（EmEn ）间）间跃迁时发射光子跃迁时发射光子的频率可以由前的频率可以由前后能级的能量差后能级的能量差决定决定：n EnEm针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出原子在始、末两个能级Em和En（EmEn）间跃迁时64玻玻玻玻尔尔尔尔从从从从上上上上述述述述假假假假设设设设出出出出发发发发，利利利利用用用用库库库库仑仑仑仑定定定定律律律律和和和和牛牛牛牛顿顿顿顿运运运运动动动动定定定定律律律律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量氢氢氢氢原原原原子子子子能能能能级级级级二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢65氢原子的能级图-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/E/eVeV 基态基态基态基态激发态激发态激发态激发态赖曼系赖曼系赖曼系赖曼系巴巴巴巴耳耳耳耳末末末末系系系系帕帕帕帕邢邢邢邢系系系系布布布布喇喇喇喇开开开开系系系系普普普普丰丰丰丰德德德德系系系系二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释氢原子的能级图-66 氢氢原原子子能能级级跃跃迁迁与与光光谱谱图图巴巴耳耳末末系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=问题问题问题问题1 1 1 1：巴尔末公式有正整数：巴尔末公式有正整数：巴尔末公式有正整数：巴尔末公式有正整数n n n n出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数n n n n来来来来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？巴尔末公式：巴尔末公式：巴尔末公式：巴尔末公式：氢原子能级跃迁与光谱图巴耳末系-13.6eV-3.4067n=6n=5n=4n=1n=3n=2根据：根据：E=hv，=c/v又又E=1.89eV=3.03 10-19J 所以，所以，=hc/E=6.6310-34 3.0 10-8 /3.03 10-19J=6.57 10-7(m)（巴尔末系）二二.玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论对氢光谱的解释HHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2根据：E=hv，=c/68二二.玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论对氢光谱的解释HHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴尔末巴尔末系氢吸系氢吸收光谱收光谱二.玻尔理论对氢光谱的解释HHHHn=6n=5n=469二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释问题问题1 1：巴尔末公式有正整数巴尔末公式有正整数n n出现，这里我们出现，这里我们也用正整数也用正整数n n来标志氢原子的能级。它们之间来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？是否有某种关系？问题问题2 2：气体导电发光机理是什么？气体导电发光机理是什么？问题问题3 3：试解释原子光谱为什么是线状光谱？试解释原子光谱为什么是线状光谱？问题问题4 4：不同元素的原子为什么具有不同的特不同元素的原子为什么具有不同的特征谱线？征谱线？阅读教材阅读教材阅读教材阅读教材P58-P59P58-P59，小组讨论回答以下几个问题，小组讨论回答以下几个问题，小组讨论回答以下几个问题，小组讨论回答以下几个问题二、玻尔理论对氢光谱的解释问题1：巴尔末公式有正整数n出现，70 玻尔理论玻尔理论成功成功成功成功的解释并预言了氢原子辐的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的射的电磁波的问题，但是也有它的局限性局限性在解决核外电子的运动时在解决核外电子的运动时成功引入了成功引入了量子化量子化量子化量子化的观念的观念同时又应用了同时又应用了“粒子、粒子、轨道轨道”等等经典概念经典概念和和有关有关牛顿力学牛顿力学规律规律除了氢原子光谱外，在解决其除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的他问题上遇到了很大的困难困难困难困难三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性三、玻尔模型的局限性氦原子光谱氦原子光谱量子化条件的量子化条件的引进没有适当引进没有适当的理论解释。的理论解释。玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但71怎样修改玻尔模型？怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念？思想：必须彻底放弃经典概念？关键：用电子云概念取代经典的轨道概念关键：用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率电子在某处单位体积内出现的概率电子云电子云怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念？关键：用电子云72 例例11E1主量子数电离态n123485EE2-13.6E3E4E573练习：对玻尔理论的下列说法中，正确的是（练习：对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）A A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设量和电子轨道引入了量子化假设 B B、对经典电磁理论中关于、对经典电磁理论中关于“做加速运动的做加速运动的电荷要辐射电磁波电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同的观点表示赞同 C C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系与原子能量变化之间的定量关系 D D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ACD练习：对玻尔理论的下列说法中，正确的是（74电子绕核运动将不断电子绕核运动将不断电子绕核运动将不断电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电向外辐射电磁波，电向外辐射电磁波，电向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨子损失了能量，其轨子损失了能量，其轨子损失了能量，其轨道道道道半径不断缩小，半径不断缩小，半径不断缩小，半径不断缩小，最最最最终落在原子核上终落在原子核上终落在原子核上终落在原子核上,而使而使而使而使原子变得原子变得原子变得原子变得不稳定不稳定不稳定不稳定+经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事实事实事实事实卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾(一)原子是稳定的电75由于电子轨道的变由于电子轨道的变由于电子轨道的变由于电子轨道的变化是连续的，辐射化是连续的，辐射化是连续的，辐射化是连续的，辐射电磁波的频率等于电磁波的频率等于电磁波的频率等于电磁波的频率等于绕核运动的频率绕核运动的频率绕核运动的频率绕核运动的频率,连续变化连续变化连续变化连续变化,原子光原子光原子光原子光谱应该是谱应该是谱应该是谱应该是连续光谱连续光谱连续光谱连续光谱经经经经典典典典理理理理论论论论认认认认为为为为事实事实事实事实原子光谱是原子光谱是原子光谱是原子光谱是不不连续连续的的的的线状谱线状谱线状谱线状谱卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾(二)由于电子轨道的76