第十八章 原子结构
第十八章_原子结构_学案
十八章原子核18．1 电子的发现【学习目标】1.知道电子是怎样发现的及其对人类探索原子结构的重大意义．2．知道阴极射线及其产生方法，了解汤姆孙发现电子的研究方法．3．能熟练运用所学知识解决电子在电场和磁场中运动问题．【重点难点】1.电子的发现过程．2．电子在电场和磁场中运动的有关计算．【易错问题】误认为气体压强越小辉光现象越明显．【自主学习】一、阴极射线阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是_____．对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。
认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。
认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
二、电子的发现1897年英国物理学家_______通过研究_________发现了电子；1910年美国物理学家_________通过著名的____实验精确测定了电子的电荷量．电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，电子的电荷量约为__________C，电子的质量约为__________kg.任何带电体所带电量只能是电子电量的_______．【课堂达标】1．关于电子的发现者，下列说法正确的是( )A．英国的汤姆孙B．德国的普吕克尔C．德国的戈德斯坦D．美国的密立根2．汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是( )A．物质中可能有电子，也可能没有电子B．不同的物质中具有不同的电子C．电子质量是质子质量的1836倍 D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元3．关于电荷量下列说法不．正确的是( )A．电子的电量是由密立根通过油滴实验测得的 B．物体的带电量可以是任意值C．物体带电量的最小值为1.6×10－19C D．电子所带的电荷量称为元电荷4.图18－1－8如图18－1－8所示，在阴极射线管正上方平行放一根通有强电流的长直导线，则阴极射线将( ) A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转5．图18－1－9是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )图18－1－9A ．加一磁场，磁场方向沿z 轴负方向B ．加一磁场，磁场方向沿y 轴正方向C ．加一电场，电场方向沿z 轴负方向D ．加一电场，电场方向沿y 轴正方向6．图18－1－10为示波管中电子枪的原理示意图．示波管内被抽成真空，A 为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U .电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出时的速度大小为v .下面的说法中正确的是( )图18－1－10A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v图18－1－117．如图18－1－11所示，光电管的阴极被某种频率的光照射后，能产生光电效应．阴极K 上的电子被激发逸出表面(初速度为零)，经加速电压U 加速后达到阳极A 上，并立即被A 吸收．若电子电荷量为e ，质量为m .则A 极在单位时间内所受的冲量为________．8.图18－1－12测量油滴带电荷量的装置如图18－1－12所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况．两金属板间的距离为d ，忽略空气对油滴的浮力和阻力．调节两金属板间的电势差u ，当u ＝U 0时，使得某个质量为m 1的油滴恰好做匀速运动，该油滴所带电荷量q 为多少？思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
高中物理第十八章原子结构原子的核式结构模型课堂导引素材新人教选修
2 原子的核式结构模型互动课堂疏导引导1.α粒子散射实验（1909~1911年，英国，卢瑟福）（1）装置：放射源、金箔、显微镜、荧光屏，如图18-2-1.图18-2-1（2）实验过程：α粒子从铅盒射出，形成细射线打在金箔上，被散射的α粒子打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察.（3）现象：①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.②少数α粒子发生较大的偏转.③极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎被“撞了回来”.如图18-2-2.图18-2-2（4）说明：①整个实验过程在真空中进行.②使用金箔的原因是由于金的延伸性好，可以做得很薄，可认为只有一层金原子；同时金的原子核的质量、电荷量也比较大.（5）实验分析：①由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转.②使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分.按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验矛盾.③实验现象说明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中的一个很小的核上.（6）实验意义：①否定了汤姆孙的原子结构模型.②提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级.2.原子核式结构模型（1）内容：原子的中心有一个很小的核，称为原子核，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绕核旋转.（2）原子核的大小数量级为10-15m，只相当于原子半径的十万分之一，体积只是原子体积的万亿分之一.说明：（1）在α粒子的散射实验中，为什么用金箔而不用铝箔.①金箔与铝箔相比，金的原子序数大，α粒子与金原子核间库仑力大，发生偏转时明显.②金的延展性比铝好，容易做成极薄的金箔，几乎可以做成单个原子排成的箔.（2）原子的核式结构描述中说全部正电荷和几乎全部质量都位于原子核内.这是因为原子是由原子核和核外电子构成的，原子核又由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电，而核外电子带负电；同时中性原子核外电子数和核内质子数相同，而1个质子的质量约为1个电子质量的1 840倍，原子核内部是质子质量加上中子质量，故正确描述为几乎全部质量而不是全部质量.（3）核外电子数等于核内质子数，仅限于中性原子，对于带电离子，核外电子数和核内质子数不相等.活学巧用【例1】关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A.该实验在真空环境中进行B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光思路解析：该实验在真空中进行，带有荧光屏的显微镜可在水平面内移动，正对α粒子源发出的射线方向上的荧光屏上闪光多，其他方向上闪光少.答案：ABC【例2】关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是…（）A.大部分α粒子穿过金属箔没有显著偏转B.所有α粒子穿过金属箔没有显著偏转C.只有少数α粒子穿过金属箔时发生偏转，最大偏转角可达180°D.大部分α粒子穿过金属箔时，发生折射偏向一边思路解析：本题考查α粒子散射实验的规律，只有在正确理解α粒子散射实验的基础上，才能选出正确选项A、C.考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，故D错.答案：AC【例3】卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A.证明了质子的存在B.证明了原子核是由质子和中子组成的C.说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D.说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动思路解析：原子的有核模型即原子的核式结构，是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的.它肯定了原子核的存在,描述了原子的基本组成及电荷、质量的分布规律等.但它没有说明原子核外电子如何分布，也没有说明原子核内部的结构和运动.答案：C【例4】关于α粒子散射实验（）A.绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转B.α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C.α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大D.对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小思路解析：由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转.从α粒子的散射实验的数据可以估计出原子核的大小约为10-15~10-14m.由此可知A错，D正确.当α粒子接近原子核时，克服电场力做功，所以其动能减少，势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，电势能减少.所以选项B、C都错.答案：D【例5】如图18-2-3所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上.则以下说法正确的是（）图18-2-3A.α粒子在A处的速度比在B处的速度小B.α粒子在B处的速度最大C.α粒子在A、C处的速度大小相等D.α粒子在B处速度比在C处速度小思路解析：由能量守恒定律可知，在A、B、C三点上，A、C位于原子核形成的同一等势面上，电势能和动能均相同，则A、C两点速率相同；由A到B，α粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故B 点速度最小，D正确.答案：CD2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图所示，以19.6m/的水平初速v 0抛出的物体，飞行一段时间后，垂直地撞在倾角θ为450的斜面上，可知物体完成这段飞行的时间是A ．1sB ．2s C．3s D ．3s 2．如图所示，aefc 和befd 是垂直于纸面向里的匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的边界。
第十八章原子结构优化总结
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第 十 八 章 原 子 结 构
－13.6 (2)当 n＝1 时， 能量值为 E1＝ 2 eV＝－13.6 eV； 1 －13.6 当 n＝2 时，能量值为 E2＝ 2 eV＝－3.4 eV； 2 －13.6 当 n＝3 时，能量值为 E3＝ 2 eV＝－1.51 eV. 3 能发出光谱线分别为 3→2,2→1,3→1 共三种，能级 图如图 18－1 所示．
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例2 第 十 八 章 原 子 结 构
已知氢原子的电子轨道半径为 r1＝0.528×10 10 －13.6 m，量子数为 n 的能级的能量值为 En＝ 2 eV. n (1)求电子在基态轨道上运动的动能； (2)有一群氢原子处于量子数 n＝3 的激发态，画一张 能级图， 在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种 光谱线； (3)计算这几种光谱线中最短的波长． (静电力常量 k＝9×109 N· 2/C2 ，电子电荷量 e＝ m － － 1.6×10 19 C，普朗克常量 h＝6.63×10 34 J· s，真空 中光速 c＝3.00×108 m/s)
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最新人教版高中物理选修3-5第十八章《原子结构》本综述
第十八章原子结构本章综述本章的重点是汤姆生发现电子的科学思想与实验方法、人类在实验的基础上认识原子结构、光谱的线系及原子的能级跃迁.本章的难点是人类研究微观世界的方法、初步建立量子化的概念、原子的能级跃迁.本章是对原子世界的探究，在微观世界中微观粒子使用与经典物理学不同的“语言”，它们的“行为”荒诞不经.我们要从实验事实出发，学会微观粒子的“语言”，理解它们的“行为”.本部分内容在实际生活、生产特别是科研中有巨大的应用，绚丽璀璨的霓红灯，高能物理研究中的粒子，光谱分析在科学技术中的应用等.本章是认识原子世界的开始，在原子的结构认识的基础上，为原子核的研究奠定了理论基础和探究思路与方法，从而为核能的研究与利用作了坚实的铺垫.对原子结构的逐步认识和发现，有利于培养逻辑推理能力和掌握科学的分析与解决问题的方法.关注科学研究的最新动态和高新技术的提升，有益于认识科学、技术与社会之间的互动关系.了解物理学家在研究微观世界应用的方法：物理模型、类比方法、间接探究法，且充分展示物理模型方法的魅力，体会物理学理论会随着实证和理性研究的进展而不断得到修正和完善，体验科学家不畏艰辛、勇于探索和创新的精神.通过本章的学习，领悟科学发现不仅要有一定的客观条件，而且要进行创造性的思维，敢于突破前人留下的错误观念的束缚，作出开拓性的实际努力.通过本章的学习，我们进一步了解物质世界的微观本质，以及人们是如何探索和研究物理规律的.本章学习过程中不仅要结合前边学过的力学知识、电磁学知识及光学知识，还要进行大量的探究实验.汤姆生发现电子的实验探究，卢瑟福提出“核式结构”原子模型，玻尔的量子论，是本章的关键内容.本章以人类探索原子结构的历程为线索，从电子的发现开始，展示了科学探索原子结构的过程及有关的经典实验，体会人类在探究过程中所运用的研究方法.因此在学习时应采用交流讨论、动手实验、归纳总结的方式才能取得较好的效果.由于本章知识比较抽象，和我们的实际生活距离遥远，应充分利用课后的科普知识和图片、视频及多媒体动画，通过实验认识微观世界，有利于培养科学探究能力，提高自己的科学素养.。
选修3-5原子结构整章知识点
选修3—5第十八章原子结构第一节电子的发现第二节原子的核式结构模型第三节氢原子光谱第四节玻尔的原子模型二. 知识内容（一）1. 阴极射线：阴极射线的本质是带负电的粒子流，后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
2. 电子的发现：1897年英国的物理学家汤姆孙发现了电子，并求出了这种粒子的比荷。
（二）1. 汤姆孙的原子模型：原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。
2. a粒子散射实验：（1）a粒子：a粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。
（2）实验现象：绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数a粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，也就是说它们几乎被“撞了回来”。
（3）卢瑟福核式结构模型：原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
按照卢瑟福的理论，正电体被称为原子核，卢瑟福的原子模型因而被称为核式结构模型。
3. 原子核的电荷与尺度：（1）电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
（2）尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为10－16m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。
（三）1. 光谱：（1）定义：把光按波长的大小分开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。
即光谱。
（2）分类：光谱分为线状谱和连续谱。
（3）特征：线状谱是一条条分立的亮线；连续谱是一条连续的光带。
2. 原子光谱：（1）定义：各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，把这些亮线称为原子的特征谱线。
（2）光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，我们可以用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。
3. 氢原子光谱：巴耳末公式：，式中R是里德伯常量，其值为R=1.10×l07m－1，n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值。
高中物理第18章原子结构章末小结课件新人教选修35
相邻横线间的距离
带箭头的竖线
迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En
2.能级跃迁的几个问题 原子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，放出能量后从高 能级跃迁到低能级，不论是哪一种跃迁都要注意以下几个方面 的问题： (1)一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在 某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一 个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的 氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。
小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故B
错，D错。 答案：AC
二、氢原子光谱问题
1．氢原子的能级图 (1)能级图如图所示。
(2)能级图中相关量意义的说明
相关量 能级图中的横线 横线左端的数字“1,2,3…” 横线右端的数字“－13.6， －3.40…” 表示意义 表示氢原子可能的能量状态——定态 表示量子数 表示氢原子的能级 表示相邻的能级差，量子数越大相邻 的能级差越小 表示原子由较高能级向较低能级跃
点评：要使处于基态的氢原子电离，照射光的最小频率为 3.28×1015Hz，若照射光频率高于这一值，使氢原子电离后多 余的能量转化为电子的动能。
触及高考
近几年高考对本章内容考查较少，考查重点是玻尔理论、
氢原子光谱及氢原子的能级结构和能级公式，有时单独考查，
有时与其他知识综合考查。考查形式有选择题、填空题。
成才之路 ·物理
人教版 ·选修3-5
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
第十八章 原子结构
第十八章
章末小结
1
知 识 结 构
2
规 律 方 法
4
考 题 探 析
3
触 及 高 考
高中物理第十八章(原子结构)教案设计与知识点解析
高中物理第十八章（原子结构）教案设计与知识点解析18.1 电子的发现三维教学目标1、知识与技能（1）了解阴极射线及电子发现的过程；（2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。
2、过程与方法：培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。
3、情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。
人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。
教学重点：阴极射线的研究。
教学难点：汤姆孙发现电子的理论推导。
教学方法：实验演示和启发式综合教学法。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。
教学过程：第一节电子的发现（一）引入新课很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。
这种认识一直统治了人类思想近两千年。
直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。
电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。
（二）进行新课1、阴极射线气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。
问题：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。
1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。
德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。
所以他把这种未知射线称之为阴极射线。
对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。
认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。
认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。
第十八章第二节原子的核式结构模型
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图18－2－1 － －
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基础知识梳理
核心要点突破
第 十 八 章 原 子 结 构
二、α粒子散射实验 粒子散射实验 1．α粒子：是从放射性物质中发射出来的快速运动的 粒子： ． 粒子 粒子，实质是失去两个电子的__________， 粒子，实质是失去两个电子的 氦原子核 ，带 两个单位正电荷 质量为_______质量的 __________电荷，质量为 氢原子 质量的 倍． 电荷， 质量的4倍 2．实验结果 ． 绝大多数 粒子穿过金箔后， (1)________α粒子穿过金箔后 基本沿原方向前进． (1)________α粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进． (2)_____ α粒子发生大角度偏转，偏转角甚至大于 少数 粒子发生大角度偏转 粒子发生大角度偏转， 90°. ° 3．卢瑟福通过 粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子 粒子散射实验， ．卢瑟福通过α粒子散射实验 模型，建立了_________模型 模型． 模型，建立了 核式结构 模型．
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核心要点突破
第 十 八 章 原 子 结 构
4．实验注意事项 ． (1)整个实验过程需在真空中进行． 整个实验过程需在真空中进行． 整个实验过程需在真空中进行 (2)α粒子是氦核，本身很小，金箔需很薄，α粒子才能 粒子是氦核， 粒子是氦核 本身很小，金箔需很薄， 粒子才能 很容易穿过． 很容易穿过． (3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子 实验中用的是金箔而不是铝箔， 实验中用的是金箔而不是铝箔 序数大， 粒子与金核间库仑力大 偏转明显； 粒子与金核间库仑力大， 序数大，α粒子与金核间库仑力大，偏转明显；另外 金的延展性好，容易做成极薄的金箔． 金的延展性好，容易做成极薄的金箔． (4)实验现象说明原子绝大部分是空的 (4)实验现象说明原子绝大部分是空的，除非原子的几 实验现象说明原子绝大部分是空的， 乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很 小的核上，否则， 粒子大角度散射是不可能的 粒子大角度散射是不可能的． 小的核上，否则，α粒子大角度散射是不可能的． 5．实验意义 ． (1)否定了汤姆孙的原子结构模型． 否定了汤姆孙的原子结构模型． 否定了汤姆孙的原子结构模型 (2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数 提出了原子核式结构模型， 提出了原子核式结构模型 量级． 量级．
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原子结构
第五节 激光
一、激光
1、概念： 激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、 增强的光”。 英文全称为 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
2、产生机理：
激光的产生原理是利用了物质原子受激辐射后 发生跃迁的特性。
特点 作用 相干 可进行调制、传递信息 光 传播很远距离能保持一定强 平行 度，可精确测距测速 度非 可会聚于很小的一点，记录 常好 信息密度高
可在很小空间短时间内集中 亮度 很大能量 高 产生高压引起核聚变
应用实例 光纤通信 激光雷达
DVD、CD、 VCD机，计算机 光驱 激光切割、焊接、 打孔医疗手术 人工控制聚变反应
二、激光产生的机理
（抽运装置）
激活介质
铬离子经过两次跃迁处于E2能级
波长 694.3nm
激光工作原理：
激光工作物质 半 反 射 镜
全 反 再见