第2章 原子结构.
第二章 原子结构
主讲： 何杰
2.1 单电子原子的Schr?dinger方程及其解
Contents
2.2 原子轨道和电子云的图形表示 2.3 量子数与可测物理量 2.4 多电子原子的结构 2.5 原子光谱项
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2.1 单电子原子的 Schr?dinger方程及其解
?氢是化学中最简单的物种，也是宇宙中最丰富的元 素，在地球上丰度居第15位，无论在矿石、海洋或所有 生物体内，氢无所不在。 ?氢被放在碱金属上方，在极高压力和低温下可变为金 属相。有人认为在木星中心可能有金属氢。
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?氢能形成介于共价键与范德华力之间的氢键。 ?氢键能稳定生物大分子的结构，参与核酸功 能，对生命系统起着至关重要的作用。 ?没有氢键就没有DNA的双螺旋结构，我们这个 星球就不会是现在的模样……
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zModel
of hydrogen bonds (1) between molecules of water
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An example of intermolecular hydrogen bonding in a self-assembled dimer complex
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?氢原子(以及类氢离子)是能够精确求解其 Schr?dinger方程的原子。 ?正是从它身上，科学家揭开了原子中电子结构的 奥秘。
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2.1.1 Schr?dinger方程的建立
1. 直角坐标表示式
动能项
势能项
直角坐标系下变量无法分离
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2.1.2 坐标变换与变量分离 ? 1. 坐标变换 ?将直角坐标系中的方程变化为球极坐标形式。 ?需要将二阶偏微分算符——Laplace算符变换成 球极坐标形式。 ?变换是根据两种坐标的关系, 利用复合函数链式 求导法则进行。
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球极坐标与笛卡儿坐标的关系
?取值范围： ?0 ≤ r ≤∞ OP 长为r ?0 ≤θ≤ π OP与z轴夹角为θ ?0 ≤φ≤ 2π OP在xy 平面投影 与x轴夹角为φ
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z z
球极坐标表达式 dτ= r2sinθdrdθdφ
Schr?dinger 方程
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2.变量分离
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把r 和θφ函数分开 R方程 Y方程
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再把θφ函数分开，令函数Y( θ, φ)= Θ( θ) Φ( φ)代入Y方程
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Θ方程 Φ方程 R方程 ?将原来含有三个变量r, θ和φ的偏微分方程转换 为三个只含单个变量的常微分方程
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2.1.3 方程的求解
常系数二阶线性齐次方程 根据单值条件（周期性边界条件），有：
m称为磁量子数
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高中物理原子结构、原子核检测题
高中物理原子结构、原子核检测题 1．下列说法正确的是( ) A．γ射线比α射线的贯穿本领强 B．外界环境温度升高，原子核的半衰期变大 C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应 D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子 解析：选A γ射线比α射线的贯穿本领强，选项A正确；外界环境不影响原子核的半衰期，选项B 错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，与原子的外层电子无关，选项D错误。 2.232 90Th经过一系列α衰变和β衰变后变成208 82Pb，则208 82Pb比232 90Th少( ) A．16个中子，8个质子B．8个中子，16个质子 C．24个中子，8个质子D．8个中子，24个质子 解析：选A 208 82Pb比232 90Th质子数少(90－82)＝8个，核子数少(232－208)＝24个，所以中子数少(24－ 8)＝16个，故A正确，B、C、D错误。 3．下列说法正确的是( ) A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量 B．比结合能越大，原子核越不稳定 C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期 D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 解析：选 A 光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故A正确；比结合能越大，原子核越稳定，B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。 4．[多选](2019·天津高考)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳” 2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人 类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法 正确的是( ) A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 解析：选AD 与核裂变相比，轻核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A正确；只有原子序数小的轻核才能发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核，比结合能增加、总质量减小，故C错误，D正确。
人教版高中化学选修3第一章第一节第二课时《原子结构》教案
教案 课题：第一节原子结构（2）授课班级 课时第二课时 教学目的 知识 与 技能 1、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布 2、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布 3、知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理 4、知道原子的基态和激发态的涵义 5、初步知道原子核外电子的跃迁及吸收或发射光谱，了解其简单应用 过程 与 方法 复习和沿伸、动画构造原理认识核外电子排布，亲自动手书写，体会原理情感 态度 价值观 充分认识原子构造原理，培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学 的兴趣。 重点电子排布式、能量最低原理、基态、激发态、光谱难点电子排布式 知识结构与板书设计三、构造原理 1．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布的能级顺序都遵循下列顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s…… 2、能级交错现象(从第3电子层开始)：是指电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。 电子先填最外层的ns，后填次外层的（n-1）d，甚至填入倒数第三层的（n-2）f的规律叫做“能级交错” 3．能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。 4、对于同一电子亚层(能级)(等价轨道),当电子排布为全充满、半充满或全空时,原子是比较稳定的。 5、基态原子核外电子排布可简化为：［稀有气体元素符号］+外围电子(价电子、最外层电子) 四、基态与激发态、光谱 1、基态—处于最低能量的原子。
(完整版)结构化学课后答案第二章
02 原子的结构和性质 【2.1】氢原子光谱可见波段相邻4条谱线的波长分别为656.47、486.27、434.17和410.29nm ，试通过数学处理将谱线的波数归纳成为下式表示，并求出常数R 及整数n 1、n 2的数值。 2212 11 ( )R n n ν=-% 解：将各波长换算成波数： 1656.47nm λ= 1115233v cm - -= 2486.27nm λ= 1220565v cm - -= 3434.17nm λ= 1323032v cm - -= 4410.29nm λ= 1424373v cm - -= 由于这些谱线相邻，可令1n m =，21,2,n m m =++……。列出下列4式： ()2 2152331R R m m = - + ()22205652R R m m =- + ()2 2230323R R m m = - + ()2 2243734R R m m =- + (1)÷(2)得： ()()()2 3212152330.7407252056541m m m ++==+ 用尝试法得m=2（任意两式计算，结果皆同）。将m=2带入上列4式中任意一式，得： 1109678R cm -= 因而，氢原子可见光谱（Balmer 线系）各谱线的波数可归纳为下式： 221211v R n n - ??=- ? ?? 式中， 1 12109678,2,3,4,5,6R cm n n -===。 【2.2】按Bohr 模型计算氢原子处于基态时电子绕核运动的半径（分别用原子的折合质量和电子的质量计算并精确到5位有效数字）和线速度。 解：根据Bohr 提出的氢原子结构模型，当电子稳定地绕核做圆周运动时，其向心力与核和电子间的库仑引力大小相等，即：
原子与原子核的结构
第三章二、原子与原子核的结构 原子的核式结构模型 1909～1911年，英国物理学家卢瑟福（E．Rutherford，1871-1937）和他的助手们进行了α粒子散射的实验：用α射线照射金箔，由于金原子中的带电微粒对仪粒子有库仑力的作用，一些α粒子穿过金箔后会改变原来运动的方向。卢瑟福希望通过对实验现象的分析，来了解原子内部电荷与质量分布的情形。 实验的结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后仍大致沿原来的方向前进，但是少数α粒子发生了较大的偏转（图3.2-1）。 图3.2-1 α粒子的散射 实验中观察到的大角度散射使卢瑟福感到惊奇。α粒子的这种大角度散射，不可能是金箔原子内的电子造成的，因为电子的质量很小。这就像子弹碰到尘埃一样，子弹的方向不会发生什么变化。α粒子一定是由于正电荷的作用而散射，而且正电荷的质量一定很大，碰撞时才能使α粒子改变运动方向。卢瑟福猜想：原子中的正电荷与原子的质量一定集中在一个很小的核上。 卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目，在此基础上提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内，这个核叫做原子核（atomic nucleus），带负电的电子在核外的空间运动着。 按照原子的核式结构模型，原子内部的空间十分空旷。近代研究表明，原子直径的数量级为10-10 m，而原子核直径的数量级仅为10-15m，两者相差十万倍！如果把原子比做直径百米左右的大球，那么原子核只有米粒大小。 原子核的组成 原子核虽然很小，但是也有内部结构。 1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子。根据这种粒子在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷，原来它就是氢原子核，叫做质子（proton），用p表示。以后，人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中都打出了质子，因而，质子是原子核的组成部分。
原子结构和原子核
14、2 原子结构和原子核 主备人：贾宝善备课组长：周春燕备课时间：2013/11/25 授课时间：2013/12/11 学习目标： 1．了解人们对原子结构的认识过程
2．氢原子的能级图 3．氢光谱 原子的核式结构 卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。我们把这样的原子模型称为“核式结构模型”。 五、天然放射现象 1．天然放射现象：某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。这些元素称为放射性元素。 2．种类和性质 α射线——高速的α粒子流，α粒子是氦原子核，速度约为光速1/10，贯穿能力最弱，电离能力最强。 β射线——高速的电子流，β粒子是速度接近光速的负电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。γ射线——能量很高的电磁波，γ粒子是波长极短的光子, 贯穿能力最强,电离能力最弱。 六、原子核的衰变 1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化． 2．衰变规律：α衰变X→ Y+ He ； β衰变X→ Y+ e 3．α衰变的实质：某元素的原子核同时发出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）2 H+2 n→ He β衰变的实质：某元素的原子核内的一个中子变成质子发射出一个电子。即n → H+ e+ （为反中微子） 4．γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子． 七、半衰期 1．放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间。 2．决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关． 八、原子核的人工转变 1．质子的发现：N+ He→ O+ H
电子的发现、原子核式结构
电子的发现、原子的核式结构导学案 【新课标学习要求】 1、了解人类发现电子的过程。 2、知道早期的原子结构模型，体会模型化方法。 3、知道α粒子散射实验的原理及实验结果。 4、通过卢瑟福原子核式结构模型的建立过程，体会科学家进行科学探究的方法。 【自主学习】 一、阴极射线 1、电离：（1）条件：在_______中，气体能够被电离而导电。（2）实质：气体分子中的正、负电荷被_______，气体中出现了_______电荷。 2、气体放电：（1）通常大气中分子的_____很大，电离后的自由电荷运动时会与空气分子碰撞，正负电荷重新______，所以难以形成稳定的气体_____电流。（2）阴极射线：稀薄气体导电可以看到______放电现象。将玻璃管内的气体压强降到约0.1Pa以下，也就是管内成为通常所说的_______，这时虽看不到辉光，但在阳极上钻一个小孔后，在孔外的玻璃管壁上可看到______，其实质是由于玻璃受到_______发出的某种射线的撞击而引起，这种射线叫做_______ 二、电子的发现 1、汤姆孙的探究方法：（1）让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_______现象，证明它是_______的粒子流并求现了其比荷。（2）换用不同材料的阴极和不同的_______做实验，所得粒子的_______相同。（3）粒子带负电，比荷是氢离子比荷的近两千倍，说明阴极射线粒子的质量远小于氢离子的质量。（4）组成阴极射线的粒子称为_______。 2、结论：（1）研究的新现象：光电效应、_______、β射线。它们都包含电子。（2）结论：强电场电离、正离子轰击、紫外光照射、金属受灼热、入射性物质的自发辐射，都能发射_______的带电粒子—电子。电子是原子的_______，是比原子更_______的物质单元。 3、电子电荷的量子化：（1）电子电荷可根据密立根油滴实验测定，数值为：e=__________ （2）带电体所带电荷量具有____的特点，即任何带电体所带电荷只能是电子电荷的______。 三、α粒子散射实验 1、实验方法：用从放射源发射的α粒子束轰击_______，利用荧光接收，探测通过金箔后的α粒子_______情况。 2、实验目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有_______作用，一些α粒子的_______改变，也就是发生了α粒子散射，统计散射到各个方向的α粒子_______，即可推知原子中_______的分布情况 3、实验结果：实验发现，α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有_______α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至_______900，也就是说它们几乎被______________。 四、原子核的电荷与尺度 1、原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的_______相等，非常接近于它们的_______。 2、原子核的组成：原子核是由_____和___组成的，原子核的电荷数就是核中的_____数。 3、原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为______m，而整个原子半径的数量级是10-10m，可见原子内部是十分“空旷”的。 【典型例题】 例1、如图所示，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时，发现射线径迹向下偏，
第一章原子结构 知识点总结
物质结构与性质（鲁科版）知识点总结 第一章原子结构 第1节原子结构模型 一、原子结构认识的演变过程 1. 道尔顿原子模型(1803年):原子是组成物质的基本的粒子,它们是坚实的、不可再分的实心球。 2. 汤姆逊原子模型(1903年):原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。 3. 卢瑟福原子模型(1911年):在原子的中心有一个带正电荷的原子核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就像行星环绕太阳运转一样。 4. 玻尔原子模型(1913年):电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。 原子结构的量子力学模型(20世纪20年代中期):现代物质结构学说。 二、原子光谱和波尔的原子结构模型 1.基态、激发态与原子光谱 （1） （2）原子光谱形成原因：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同波长的光。（3）氢原子光谱是最简单的光谱。 2.玻尔的原子结构模型 （1）原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动,并且不辐射能量,所以原子是稳定的。 （2）只有电子在原子轨道间跃迁时才会辐射或吸收能量，并且以光的形式进行。 （3）在原子核外不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的。玻尔只引入一个量子数n,n越大，轨道的能量越高,n取1、2、3、4…的正整数，所以原子核外轨道的能量是量子化的，当电子在原子轨道间的跃迁所吸收或放出的能量是量子化的，是不连续的。 三、电子层、能级、原子轨道
【关键提醒】（1）一个原子轨道上最多容纳2个电子，且运动状态不同。 （2）任一电子层的能级总是从s能级开始,而且能级数电子层数。 （3）每个电子层(n)中，原子轨道总数为n2个，核外电子的运动状态共有2n2种。 2.不同原子轨道能量大小关系 （1）相同电子层不同能级的原子轨道能量:ns 选修3第一章原子结构第1节原子结构模型测试题 2019.9 1,写出具有下列电子排布的原子或离子的元素符号： 1s22s22p63s23p6 2,已知某元素的原子序数排在氪元素的原子序数之前，当此元素的原子失去3个电子后，它的角量子数为2的原子轨道内，电子恰好为半充满，则该元素的名称，位于第周期，第族。 3,在某一周期(其稀有气体原子的外层电子构型为4s24p6)中有A，B，C，D四种元素，已知它们的最外层电子数分别为1，2，2，7；A，C的次外层电子数为8，B的次外层电子数为14，D的次外层电子数为18，则：（1）写出A、B、C、D的元素符号：A ，B ，C ，D ，（2）画出B元素的原子结构示意图。 4,有6个电子处于n=3，l=2的能级上，推测该元素的原子序数，并根据洪特规则推测在d轨道上未成对的电子数有几个？ 5,下列说法中正确的是（） A．所有的电子在同一区域里运动 B．处于最低能量的原子叫基态原子 C．能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域 运动 D．同一原子中，1s、2s、3s所能容纳的电子数越来越多 6,道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中主要有下列三个论点：①原子是不能再分的微粒；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。从现代原子--分子学说的观点看，你认为不正确的是（） A．只有① B．只有② C．只有③ D．①②③ 7,下列能级中轨道数为3的是（） A．S能级 B．P能级 C．d能级 D．f能级 8,以下能级符号正确的是（） A．6s B．2d C．3f D．1p 9,下列哪个能层中包含d能级的是（） A．N B．M C．L D．K 10,同一原子的基态和激发态相比较 （） A．基态时的能量比激发态时高 B．基态时比较稳定 C．基态时的能量比激发态时低 D．激发态时比较稳定 测试题答案 课时跟踪检测（三十八） 原子结构与原子核 对点训练：原子的核式结构 1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在( ) A ．电子 B ．中子 C ．质子 D ．原子核 2．如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M 、N 、P 、Q 是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( ) A ．M 点 B ．N 点 C ．P 点 D ．Q 点 3．(多选)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是( ) A ．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 B ．查德威克用α粒子轰击 714N 获得反冲核 817O ，发现了中子 C ．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D ．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 4．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。例如在某种条件下，铬原子的n ＝2能级上的电子跃迁到n ＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n ＝4能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电 子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为E n ＝－A n 2，式中n ＝1,2,3，…表示不同能级，A 是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是( ) A.1116 A B.716A C.316A D.1316 A 5．(多选) 19世纪初，爱因斯坦提出光子理论，使得光电效应现象得以完美解释，玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的。关于光电效应和氢原子模型，下列说法正确的是( ) A ．光电效应实验中，入射光足够强就可以有光电流 B ．若某金属的逸出功为W 0，该金属的截止频率为W 0h C ．保持入射光强度不变，增大入射光频率，金属在单位时间内逸出的光电子数将减小 D ．一群处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，将向外辐射六种不同频率的光子 6．(多选)已知氢原子的基态能量为E 1，n ＝2、3能级所对应的能量分别为E 2和E 3，大 《2 原子的核式结构模型》教学设计 一、教材分析： 这一节是本章的重点，高考的热点，尤其是α粒子散射实验及其现象。让学生认识到实验对理论发展的重要作用，知道物理模型建立的意义及其局限性。从汤姆孙的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育。通过学生对α粒子散射实验现象的讨论与交流，顺理成章地否定了枣糕模型，并建立新的模型。 原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击，用高速的α粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。二、教学目标： （一）知识与技能 1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。 2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。 （二）过程与方法 1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。 2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。 3．了解研究微观现象。 （三）情感、态度与价值观 1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 2．通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 3、让学生参与问题的解决，参与科学研究的良好学习习惯，逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神，探究能力和合作精神。 三、教学重点难点： 重点：1．引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否定汤姆孙的枣糕模型，得出原子的核式结构； 2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法； 难点：引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构 四、学情分析： 根据学生的具体情况设计教案、设计难度梯度，努力保证课堂时效性。学生观察ɑ粒子散射实验现象进行讨论和通过观察实验现象推理出卢瑟福的原子的结构模型会有一定的困难，因此对提出的3个问题，前二个问题放手让学生进行小组讨论，对于问题3采用先让学生猜想，师生共同分析 第一节原子结构 第一课时 知识与技能： 1、进一步认识原子核外电子的分层排布 2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系 3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系 4、能用符号表示原子核外的不同能级，初步知道量子数的涵义 5、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布 6、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布 教学内容： 一、原子结构理论发展 从古代希腊哲学家留基伯和德谟克利特的朴素原子说到现代量子力学模型，人类思想中的原子结构模型经过多次演变，给我们多方面的启迪。 现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。大爆炸后约两小时，诞生了大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后，经过或长或短的发展过程，氢、氦等发生原子核的熔合反应，分期分批地合成其他元素。 〖复习〗必修中学习的原子核外电子排布规律： 核外电子排布的一般规律 (1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次 排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。 (2)原子核外各电子层最多容纳个电子。 (3)原于最外层电子数目不能超过个(K层为最外层时不能超过个电 子)。 (4)次外层电子数目不能超过个(K层为次外层时不能超过个)，倒 数第三层电子数目不能超过个。 说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。例如；当M层是最外层时，最多可排个电子；当M层不是最外层时，最多可排个电子 练习: 1、画出下列原子的结构示意图：Be、N、Na、Ne、Mg 在这些元素的原子中，最外层电子数大于次外层电子数的有，最外层电子数与次外层电子数相等的有，最外层电子数与电子层数相等的有； L层电子数达到最多的有，K层与M层电子数相等的有。 2、A元素原子的M电子层比次外层少2个电子。B元素原子核外L层电子数比最外层多7个电子。（1）A元素的元素符号是，B元素的原子结构示意图为________________； （2）A、B两元素形成化合物的化学式及名称分别是__ _____ _。 二、能层与能级 能层：多电子原子的核外电子的________是不同的，按电子的______差异，可将核外电子分成不同的能层由内而外可以分为： 第一、二、三、四、五、六、七……能层 滚动检测(二)原子结构 (时间：60分钟满分：100分) 一、选择题(共8小题，共56分) 1．如图1-所示一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的轨迹往下偏，则 ()． 图1 A．导线中的电流由A流向B B．导线中的电流由B流向A C．若要使电子束的偏转往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的轨迹与AB中电流方向无关 解析因为AB中通有电流，所以会在阴极射线管中产生磁场，电子受到洛伦兹力作用而发生偏转，由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直于纸面向里，再根据安培定则可知，AB中的电流方向应是由B流向A，当AB 中的电流方向变为由A向B，则AB上方的磁场方向变为垂直于纸面向外，电子所受洛伦兹力方向变为向上，电子束的轨迹会变为向上偏转． 答案BC 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．阴极射线是组成物体的原子 D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转 解析阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流，B正确．电子是原子的组成部分，C错误．电子可被电场、磁场偏转，D正确． 答案BD 3．氢原子部分能级示意图如图2-所示．不同色光的光子能量如下表所示． 图2 处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为 ( )． A ．红、蓝-靛 B ．黄、绿 C ．红、紫 D ．蓝-靛、紫 解析 由题表可知处于可见光范围的光子的能量范围为1.61 eV ～3.10 eV ，处于某激发态的氢原子能级跃迁时：E 3－E 2＝(3.40－1.51) eV ＝1.89 eV ，此范围为红光．E 4－E 2＝(3.40－0.85) eV ＝2.55 eV ，此范围为蓝－靛光，故本题正确选项为A. 答案 A 4．若在如图3所示的阴极射线管 中部加竖直向上的电场，则应加什么方向的大小合适的磁场才能让阴极射线不偏转 ( )． 图3 A ．竖直向上 B ．竖直向下 原子结构 【教学目标】 1．通过对原子结构模型演变历史的了解，认识假说、实验等科学方法在人类探索原子结构奥秘过程中的作用； 2．了解钠镁铝等活泼金属元素和氟氧等活泼非金属元素的原子的核外电子分层排列的情况，知道这类原子在化学反应过程中常通过电子得失使最外层达到8电子稳定结构的事实； 3．通过氧化镁的形成、氯化钠的形成初步了解钠与氯、镁与氧气反应的本质。 【教学过程】 【第2课时】 ［引言］从上一节课我们所学的知识可以知道：原子核相对于原子很小，即在原子内部，原子核外，有一个偌大的空间供电子运动，那么，电子在核外的运动与宏观物体是否相同？我们又怎样来描述核外电子的运动呢？下面我们就来探讨这个问题。 原子结构 一、原子核外电子运动的特征 ［师］请大家观察以下物体运动的特点，并注意它们的运行轨迹是否确定。 ［电脑演示以下运动］ 1．物质的自由落体运动； 2．火车的运动； 3．炮弹的抛物线运动； 4．天体的运行； 5．氢原子的一个电子在核外闪烁运动。 ［讨论］核外电子的运动规律跟宏观物体的运动规律有什么不同？ ［生］1．宏观物体的运动有固定的方向，电子没有。 2．宏观物体的运动有确定的路线，电子没有。 ［讲述］正如大家所述，宏观物体的运动，如天体的运行、导弹的发射、车辆的行驶等，它们都有确定的轨道，我们可用宏观物体的运动规律准确地测出它们某一时刻所处的位置和运动速度，可以描画出它们的运动轨迹。 当电子在原子核外很小的空间内作高速运动时，其运动规律跟普通物体不同。它们没有确定的轨道，因此，我们不能准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描画出它的运动轨迹。 那么，我们应该如何去描述核外电子的运动呢？让我们先来研究氢原子核外唯一的一个电子的运动特点。 ［电脑显示］氢原子核外一个电子的运动示意图（由慢到快） ［师］我们看到，当电子的运动速度加快时，在原子核周围有一团云雾，我们形象地称它为“电子云”——电子形成的云雾之意。 ［问］氢原子核外只有一个电子，它怎么能形成一团云雾呢？ ［启发］这是由于电子在核外的运动速度太快（2.2×106 m·s－1），使我们眼花缭乱的结果。 ［问］大家有没有在什么地方见过类似的现象？ ［引导学生进行联想］ 1．快速进退录像带时，与此情景有点相似。 2．武打影片里，形容剑舞得快时，舞剑人的周围常是一团剑影。 3．科幻动画片里，飞牒的运行及争斗场面。 4．风车快速旋转时的现象。 ［师］好，大家的联想很丰富。以上场面，都有一个共同的特点——快。电子的运动速度更快得多。因此，在核的周围形成带负电的电子云便好理解了。由于电子难以捕捉，又没有确定的轨道，我们在描述核外电子的运动时，只能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。 ［投影展示］（在通常状况下氢原子电子云示意图） ［讲述］图中的每一个小黑点表示电子曾在那里出现过一次。黑点多的地方——也即电子云密度大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现机会多，反之，出现的机会少。从这张图中，我们可以看出，氢原子的核外电子在离核远的地方单位体积内出现的机会少，在离核近的地方单位体积内出现的机会多。 因此，原子核外电子运动的特征是： ［板书并讲述］运动速度快，没有确定的轨道，可用电子云形象地表示。 【问题探究】 A．电子云是笼罩在原子核外的云雾； B．小黑点多的区域表示电子多； C．小黑点疏的区域表示电子出现的机会少； D．电子云是用高速照相机拍摄的照片。 ［生］这是从不同角度考查对电子云的理解的。核外电子的运动规律可用电子云来描述，小黑点的疏密程度与电子出现机会多少相对应，C是正确的，而B是错误的。电子云是一种形象的描述形式，并非真有带负电的云雾包围着原子核，因此，不可能用高速照相机拍摄下来，因而A和D都错。 ［过渡］在氢原子的核外，只有一个电子，运动情况比较简单。对于多电子原子来讲，电子运动时是 第二章、原子结构习题及解答 一、填空题（在划线处填上正确答案） 2101、在直角坐标系下，Li 2+ 的Schr ?dinger 方程为________________ 。 2102、已知类氢离子 He +的某一状态波函数为： () 022-02 302 1e 222241a r a r a ???? ? ?-??? ? ??π 则此状态的能量为 )(a ， 此状态的角动量的平方值为 )(b ， 此状态角动量在 z 方向的分量为 )(c ， 此状态的 n ， l ， m 值分别为 )(d ， 此状态角度分布的节面数为 )(e 。 2103、写出 Be 原子的 Schr ?dinger 方程 。 2104、已知类氢离子 He +的某一状态波函数为 ψ= () 02-02 302 1e 222241a r a r a ???? ? ?-??? ? ??π 则此状态最大概率密度处的 r 值为 )(a ， 此状态最大概率密度处的径向分布函数值为 )(b ， 此状态径向分布函数最大处的 r 值为 )(c 。 2105、原子轨道是原子中的单电子波函数， 每个原子轨道只能容纳 ______个电子。 2106、H 原子的()υr,θψ,可以写作()()()υθr R ΦΘ,, 三个函数的乘积，这三个函数分别由量子数 (a) ， (b)， (c) 来规定。 2107、给出类 H 原子波函数 ()θa r Z a Zr a Z a Zr cos e 68120 320220 2 3021-???? ??-??? ? ??π=ψ 的量子数 n ，l 和 m 。 2108、H 原子 3d 电子轨道角动量沿磁场方向分量的可能值 。 2109、氢原子的波函数 131321122101-++=ψψψψc c c 其中 131211210-ψψψψ和，， 都是归一化的。那么波函数所描述状态的能量平均值为（a ） ，角动量出现在 π22h 的概率是（b ） ，角动量 z 分量的平均值为（c ）。 2110、氢原子中，归一化波函数 专题20 原子结构和原子核 1．（2020届安徽省宣城市高三第二次调研）下面列出的是一些核反应方程式 30 309 4 1214 417 15144267+28P Si+X Be+He C+Y N He O+Z →→→，其中（ ） A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子 B ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子 C ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子 D ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子 【答案】B 【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X 的质量数为0，电荷数为1，则X 为正电子；Y 的质量数为1，电荷数为0，为中子；Z 的质量数为1， 电荷数为1，为质子。 故选B 。 2．（2020届东北三省四市教研联合体高三模拟）下列关于原子核的叙述中正确的是（ ） A ．居里夫人通过α粒子轰击铝原子核，首次发现了中子 B ．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢反应速度，防止反应过于剧烈 C ．轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放能量 D ．原子核的质量越大，比结合能就越小 【答案】C 【解析】 A ．查德威克在α粒子轰击铍核实验中发现了中子，故A 错误； B ．核反应堆中的“慢化剂”是减慢中子速度，故B 错误； C ．轻核聚变过程中，会有质量亏损，由爱因斯坦质能方程可知，要释放能量，故C 正确； D ．比结合能为结合能与核子数的比值，则原子核的质量越大，比结合能不一定越小，故D 错误。 故选C 。 3．（2020届福建泉州市普通高中高三第一次质量检测）活体生物由于需要呼吸，其体内的14C 含量大致不变，死后停止呼吸，体内的14C 含量开始减少。由于碳元素在自然界的各个同位素的比例一直都很稳定，人们可通过测定古木的14C 含量，来估计它的大概年龄，这种方法称之为碳定年法。14C 衰变为14N 的半衰期约为5730年，某古木样品中14C 的比例约为现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是（ ） A ．该古木的年龄约为5730年 B ．14 C 与14N 具有相同的中子数 C ．14C 衰变为14N 的过程中放出β射线 D ．升高古木样品所处环境的温度将加速14C 的衰变 第20单元：原子核的人工转变 原子核的组成 教学要求：●知道原子核的人工转变，了解原子核的组成。 1、 知道原子核的人工转变，知道质子和中子是如何被发现的。 2、 了解原子核的组成，知道核子和同位素等概念。 3、 了解核力的简单特性。 教学重点： 质子中子的发现方程，原子核的组成，用原子核的组成解释α衰变、β衰变对 原子核结构的改变实质 教学过程： （一）复习提问： 天然放射性元素能放出几种射线？这些射线的本质是什么？ （二）引入：天然放射现象说明某些元素的原子核可以自发的产生核转变（α衰变β衰变γ 衰变），而用由人工控制的某些粒子轰击原子核也可以使其发生转变，即原子核可以发生人工转变。 （三）新授： 1、原子核的人工转变：人为的用高速运动的粒子（如α粒子）轰击原子核而产生新的原子核的方法叫原子核的人工转变。 ◆1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验 装置：（引导学生阅读课本P278图9-12） 过程：（引导学生阅读课本P278第二段文字） 现象：从荧光屏S 上发现了闪光。 分析：闪光点的产生不是α粒子的效应，因为铝箔F 的厚度能阻挡（或吸收）所有 的α粒子，肯定是α粒子与氮气作用所产生的新粒子而引起的闪光，那么， 它是什么性质的粒子？它是否带电？质量多大？ 结论：用α粒子轰击氮原子核后产生了新的粒子。 为了证实上述实验的结果，英国物理学家布拉凯特实验照片分析： α粒子径迹碰后分叉：（图片P279图9-13） 分叉后的细长径迹---质子的径迹 另一条短粗 径 迹---新核径迹 发现质子的方程：H O H N e 1117842147+→+ 2、中子的发现： 思维过程：质子是原子核的组成部分已被人接受，最初有人认为，原子核可能是由质子组成的。但不久就知道这种想法是不正确的。如果原子核只是由质子组成，它的电荷数应该与质量数相等。实际上原子核的电荷数只是质量数的一半或者还少一些，卢瑟福根据这一事实，预言原子内可能还存在着质量跟质子相等的不带电的中性粒子，他把它称为中子。 第三讲原子结构与原子核 ——课后自测诊断卷 1．[多选](2019·江苏七市三模)中微子是一种不带电、质量很小的粒子。早在1942年我国物理学家王淦昌首先提出证实中微子存在的实验方案。静止的铍核(74Be)可能从很靠近它的核外电子中俘获一个电子(动能忽略不计)形成一个新核并放出中微子，新核处于激发态，放出γ光子后回到基态。通过测量新核和γ光子的能量，可间接证明中微子的存在。则( ) A．产生的新核是锂核(73Li) B．反应过程吸收能量 C．中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等 D．中微子的动能与处于激发态新核的动能相等 解析：选AC 根据题意可知发生的核反应方程为74Be＋0－1e→73Li＋νe，所以产生的新核是锂核，反应过程放出能量，故A正确，B错误；根据动量守恒可知中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等，方向相反，故C正确； 因为中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等，质量不等，根据E k＝p2 2m ，可知中微子的动能与处于激发态新核 的动能不相等，故D错误。 2．[多选](2019·武汉质检)我国自主研发的钍基熔盐是瞄准未来20～30年后核能产业发展需求的第四代核反应堆，是一种液态燃料堆，使用钍铀核燃料循环，以氧化盐为冷却剂，将天然核燃料和可转化核燃料熔融于高温氯化盐中，携带核燃料在反应堆内部和外部进行循环。钍232不能直接使用，需要俘获一个中子后经过2次β衰变转化成铀233再使用，铀233的一种典型裂变方程是233 92U＋10n→142 56Ba＋8936Kr＋310n。已知铀233的结合能为E1、钡142的结合能为E2、氪89的结合能为E3，则( ) A．铀233比钍232少一个中子 B．铀233、钡142、氪89三个核中氪89的结合能最小，比结合能却最大 C．铀233、钡142、氪89三个核中铀233的结合能最大，比结合能也最大 D．铀233的裂变反应释放的能量为ΔE＝E1－E2－E3 解析：选AB 设钍核的电荷数为a，则钍232俘获一个中子后经过2次β衰变转化成铀233，则a＝92－2＝90，则钍232中含有中子数为232－90＝142，铀233含有中子数为233－92＝141，则铀233比钍232少一个中子，选项A正确；铀233、钡142、氪89三个核中氪89质量数最小，结合能最小，因核子数较小，则比结合能却最大，选项B 正确，C错误；铀233的裂变反应中释放的能量等于生成物的结合能减去反应物的结合能，选项D错误。 3．[多选](2019·南京、盐城三模)下列对物理知识的理解正确的有( ) A．α射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住 B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 C．放射性元素钋的半衰期为138天，100 g的钋经276天，已发生衰变的质量为75 g D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2 解析：选AC γ射线电离最弱，穿透最强，α射线电离最强，穿透最弱，用厚纸板就能挡住，故A正确；动能相同的质子和电子，它们的动量大小可以用公式p＝2m·E k判断，质子与电子的质量不同，所以动能相等的电子与 高中化学选修3第一章第一节原子结构(第1课时) 教学设计 东风高级中学杜先军 知识与技能： 1、进一步认识原子核外电子的分层排布 2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系 3、知道原子核外电子的能级分布及其能量关系 4、能用符号表示原子核外的不同能级，初步知道量子数的涵义 5、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布 6、能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布 方法和过程：复习和沿伸、类比和归纳、能层类比楼层，能级类比楼梯。 情感和价值观：充分认识原子结构理论发展的过程是一个逐步深入完美的过程。 教学过程： 1、原子结构理论发展 从古代希腊哲学家留基伯和德谟克利特的朴素原子说到现代量子力学模型，人类思想中的原子结构模型经过多次演变，给我们多方面的启迪。 现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。大爆炸后约两小时，诞生了大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后，经过或长或短的发展过程，氢、氦等发生原子核的熔合反应，分期分批地合成其他元素。 〖复习〗必修中学习的原子核外电子排布规律： 核外电子排布的尸般规律 (1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次 排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。 (2)原子核外各电子层最多容纳29’个电子。 (3)原于最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子 (4)次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒 数第三层电子数目不能超过32个。 说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。例如；当M层是最外层时，最多可排8个电子；当M层不是最外层时，最多可排18个电子 〖思考〗这些规律是如何归纳出来的呢？ 2、能层与能级 由必修的知识，我们已经知道多电子原子的核外电子的能量是不同的，由内而外可以分为：第一、二、三、四、五、六、七……能层 符号表示K、L、M、N、O、P、Q…… 能量由低到高 例如：钠原子有11个电子，分布在三个不同的能层上，第一层2个电子，第二层8个电子，第三层1个电子。由于原子中的电子是处在原子核的引力场中，电子总是尽可能先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。理论研究证明，原子核外每一层所能容纳的最多电子数如下： 能层一二三四五六七…… 符号K L M N O P Q…… 最多电子数 2 8 18 32 50……选修3第一章原子结构第1节原子结构模型
原子结构与原子核
原子核式结构模型
选修3第一章《原子结构与性质》全章教案
教科版高中物理选修(3-5)第二章《原子结构》word滚动检测
人教版高中化学选修3：第一章第1节《原子结构》教案
第二章原子结构习题及解答
2020高考物理一轮复习 专题20原子结构和原子核(解析版)
原子核的人工转变 原子核的组成
(江苏专用)2020高考物理复习专题五动量与原子物理学第三讲原子结构与原子核——课后自测诊断卷【带答案】
高中化学选修3第一章第一节原子结构教学设计