高中物理第十八章原子结构章末整合提升课件新人教版选修3_5

2.α 粒子散射实验的结果:绝大多数 α 粒子穿过金箔后,基本上仍 沿原来的方向前进,但少数 α 粒子发生了大角度偏转,极少数 α 粒子 甚至被撞了回来。
3.三个原子模型的对比:
实验 基础
原子结构
成功和局限
枣 糕 模 型
电子 的发 现
原子是一个球体,正电荷均 匀分布在球内,电子镶嵌其 中
可解释一些实验现象,但 无法说明 α 粒子散射实 验
第二种:根据氢原子光谱的经验公式:1������
=
������ ������2
−
������������2。
如果两边同乘以 hc(c 是真空中的光速),就得到:
hc1������=hν=ℎ������������2������ − ℎ������������2������。 式子左边 hν 是每次发出的光子能量,右边是原子在辐射前后能
能发出的光谱线分别为 3→2,2→1,3→1 共 3 种,能级图如图所
示。
(3)由 E3 向 E1 跃迁时发出的光子频率最大,波长最短。 hν=E3-E1,又知 ν=������������,则有
λ=������3ℎ-������������1
=
6.63×10-34×3×108 [-1.51-(-13.6)]×1.6×10-19
(3)轨道量子化
对氢原子������������
=
������1 ������2
(其中������1
=
-13.6eV)
������������ = ������2������1(其中������1 = 0.53 × 10-10 m)
专题一 原子核式结构模型
1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。
成功解释了氢原子光谱 及原子的稳定源自,不能 解释较复杂原子的光谱 现象
说明:认识原子结构的线索:气体放电的研究→阴极射线→发现电子
→汤姆孙的“枣糕模型”
卢瑟福核式结构模型
玻尔模型。
【例 1】 在卢瑟福 α 粒子散射实验中,有少数 α 粒子发生大角 度偏转,其原因是( )
A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子内是均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析:卢瑟福 α 粒子散射实验中 α 粒子发生了较大角度的偏转, 是由于 α 粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,选项 A 正确, 选项 B 错误;α 粒子能接近原子核的机会很小,大多数 α 粒子都从核 外的空间穿过,而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不 会发生改变。选项 C、D 的说法没错,但与题意不符。
=
������e������32 ������3
②
由①②可得电子的动能为
Ek3=12me������3 2
=
2×���������9���2������1=2×
9×109×(1.6×10-19)2 9×0.53×10-10×1.6×10-19
eV=1.51 eV
答案:-1.51 eV 1.51 eV
答案:B
专题二 氢原子核外电子绕核运动的轨道与其能量的对应
关系
1.在氢原子中,电子围绕原子核运动,设电子绕核运动的轨道半 径为 r,由库仑力提供向心力得 k������������22=me������������2,
则:(1)电子运动速度 v= ������ ������������e2������; (2)电子的动能 Ek=12mev2=���2���������������2;
阴极射线高速电子流
实验依据
汤姆孙原子“枣糕模型”
电子的发现(说明原子可分,电子是原子的组成部分)
(或称“西瓜模型”)
内容——原子是一个球体,正电荷均匀分布,电子像枣糕里的枣那样镶嵌
在原子里面
实验依据——α 粒子散射实验:绝大多数仍沿原来方向,少数出现大角度偏转,极
卢瑟福原子 核式结构
少数偏角大于 90° (1)核很小,原子直径数量级为10-10 m,核直径数量极约10-15 m
(3)某定态总能量 E<0,表明氢原子核外电子处于束缚态,欲使氢 原子电离,外界必须补充能量,且原子的能级越低,需要的电离能就越 大。
3.氢原子能量表达式的推导
第一种:由上面的推导有原子总能量 En=-���2������������������2���
①
由������������02
������������
实验基 础
卢瑟福 核式结 的 α 构模型 粒子散
射实验
玻尔的 原子模 型
氢原子 光 谱的研 究
续表
原子结构
成功和局限
原子的中心有一个 很小的核,全部正电 荷和几乎全部质量 集中在核里,电子在 核外面运动
在核式结构模型基 础上,引入量子观念
成功解释了 α 粒子散射 实验,无法解释原子的 稳定性及原子光谱的分 立特征
内容 (2)核很重,集中了原子全部正电荷和几乎全部质量
(3)库仑力提供电子绕核旋转的向心力
实验依据——氢原子光谱(巴耳末公式
1 ������
=
������
11 22 - ������2
(������ = 3,4,5,…))
(1)能量定态:能级(基态、激发态)
玻尔原子模型
内容
(2)跃迁:ℎ������ = ������������ -������������
量之差。结合玻尔的辐射条件公式 hν=Em-En 可得到某一定态的能 量 En=-ℎ������������2������(n=1,2,3,…)。
【例 2】 已知氢原子基态的电子轨道半径为 r1=0.528×10-10 m,
量子数为 n 的能级值为 En=-1������32.6 eV。 (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
13.6 eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光
子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大。至于实物粒
子和原子碰撞的情况,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子
吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,
也可以使原子受激发而向较高能级跃迁,故 A、C、D 正确。若 13.06
时得到原子的全部光谱线,辐射出的光谱线条数 N=������(���2���-1)。
【例 3】 (多选)欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是
() A.用能量为 10.2 eV 的光子照射
B.用能量为 11 eV 的光子照射 C.用能量为 14 eV 的光子照射 D.用能量为 11 eV 的电子照射 E.用能量为 13.06 eV 的光子照射,可观测到氢原子发射 10 种不 同波长的光
(2)实物粒子和原子作用而使原子激发或电离,是通过实物粒子 和原子碰撞来实现的。在碰撞过程中,实物粒子的动能可以全部或部 分地被原子吸收,所以只要入射某两个能级差值,就可以使原子受激 发而跃迁到较高的能级;当入射粒子的动能大于原子在某能级的电 离能时,也可以使原子电离。
2.从高能量状态向低能量状态跃迁——放出能量 原子处于激发态时是不稳定的,会自发地向基态或其他较低能 级跃迁,由于这种自发跃迁的随机性,一个原子会有多种可能的跃迁。 若是一群原子处于激发态,则各种可能跃迁都会发生,所以我们会同
=
������������������������22和电子轨道量子化条件
mvnrn=n2ℎπ
联立可得 rn=4π���2���2������ℎ���2���������2
②
把②代入①得
En=-2π2���������2���2ℎ���2���������4
≈
-13.6 ������2
eV(n=1,2,3,…)。
答案:A
迁移训练 1 玻尔的原子核模型解释原子的下列问题时,和卢瑟
福的核式结构学说观点不同的是
()
A.电子绕核运动的向心力,就是电子与核间的静电引力
B.电子只能在一些不连续的轨道上运动
C.电子在不同轨道上运动的能量不同
D.电子在不同轨道上运动时,静电引力不同
解析:选项 A、C、D 的内容卢瑟福的核式结构学说也有提及, 而玻尔在他的基础上引入了量子学说,假设电子位于不连续的轨道 上。
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波长最短的波长。(静电力常量 k=9×109
N·m2/C2,电子电荷量 e=1.6×10-19 C,普朗克常量 h=6.63×10-34 J·s,真 空中光速 c=3.0×108 m/s)
解析:(1)核外电子绕核做匀速圆周运动,静电引力提供向心力, 则������������1������22 = ���������������1���2,又知 Ek=12mv2,
故电子在基态轨道的动能为 Ek=���2���������������12 =9×21×090×.5(218.6××1100-1-109)2 J ≈2.18×10-18 J≈13.6 eV。
(2)当 n=1 时,能级值 E1=-1132.6 eV=-13.6 eV。 当 n=2 时,能级值 E2=-1232.6 eV=-3.4 eV。 当 n=3 时,能级值 E3=-1332.6 eV=-1.51 eV。
专题三 原子跃迁条件和规律
1.从低能量状态向高能量状态跃迁——吸收能量 原子的跃迁条件 hν=Em-En 只适用于光子和原子作用,而使原子 在各定态之间跃迁的情况。下述两种情况则不受此条件限制: (1)当光子与原子作用而使氢原子电离,产生离子和自由电子时, 原子结构被破坏,因而不遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的 电离能为 13.6 eV,只要大于或等于 13.6 eV 的光子都能被处于基态 的氢原子吸收而使其发生电离。氢原子电离所产生的自由电子的动 能等于入射光子的能量减去电离能。