高中物理 32《原子的核式結(jié)構(gòu)》課件 新人教版選修12

3.2原子的核式結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1.了解原子的核式結(jié)構(gòu). 2.培養(yǎng)學(xué)生通過現(xiàn)象認(rèn)清本質(zhì)的分析、推理能力. 3.了解原子學(xué)說的發(fā)展歷史，認(rèn)識粒子散射實(shí)驗(yàn)的重大意義. 二、重點(diǎn)分析二、重點(diǎn)分析 盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和所說明的問題. 三、教具三、教具 1.了解粒子散射實(shí)驗(yàn)；放相機(jī)、彩色顯示器、錄相帶. 2.分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：粒子散射實(shí)驗(yàn)掛圖.【知識要點(diǎn)】一、電子的發(fā)現(xiàn)一、電子的發(fā)現(xiàn)二、原子的核式結(jié)構(gòu)二、原子的核式結(jié)構(gòu)三、玻爾的原子模型三、玻爾的原子模型一、電子的發(fā)現(xiàn)一、電子的發(fā)現(xiàn)1、湯姆生對陰極射線進(jìn)行湯姆生對陰極射線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。1897年，他確認(rèn)陰極射線年，他確認(rèn)陰極射線是帶負(fù)電的粒子。是帶負(fù)電的粒子。 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，湯姆生發(fā)現(xiàn)電子， 由于電子的發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)識到原由于電子的發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)識到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有結(jié)構(gòu)。身也有結(jié)構(gòu)。2 2、湯姆生原子模型、湯姆生原子模型 原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子卻像原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子卻像棗子那樣鑲嵌在原子里面，棗子那樣鑲嵌在原子里面， 這個(gè)模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，但無法解釋這個(gè)模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，但無法解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)。粒子散射實(shí)驗(yàn)。二、原子的核式結(jié)構(gòu)二、原子的核式結(jié)構(gòu)1 1、粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn) 19091909年至年至19111911年年 絕大多數(shù)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，沿原來的方向前進(jìn)， 少數(shù)少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)， 并有極少數(shù)的并有極少數(shù)的粒子偏轉(zhuǎn)角超粒子偏轉(zhuǎn)角超過了過了9090，有些甚至被彈回，有些甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180180。2 2、盧瑟福原子模型、盧瑟福原子模型 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。 盧瑟福的原子核式模型，能解釋盧瑟福的原子核式模型，能解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)，卻與經(jīng)典粒子散射實(shí)驗(yàn)，卻與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾。的電磁理論發(fā)生了矛盾。3 3、原子核的電荷和大小、原子核的電荷和大小 根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。原子核的大小。 （1 1）原子的半徑約為）原子的半徑約為1010-10-10米米、原子核半徑約是、原子核半徑約是1010-14-14米，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。米，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。 （2 2）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。 （3 3）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對它的庫侖力。）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對它的庫侖力。 三、玻爾的原子模型三、玻爾的原子模型1 1、玻爾的原子理論、玻爾的原子理論 （1 1）原子只處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這）原子只處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動，但并電子雖然做加速運(yùn)動，但并不向外輻射能量不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫做定態(tài)。這些狀態(tài)叫做定態(tài)。 （2 2）原子從一種定態(tài)）原子從一種定態(tài)( (設(shè)能量為設(shè)能量為E E1 1) )躍遷到另一種定躍遷到另一種定態(tài)態(tài)( (設(shè)能量為設(shè)能量為E E2 2) )時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定. . （3 3）原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運(yùn)動軌）原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運(yùn)動軌道。由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可道。由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。能軌道也是不連續(xù)的。2 2、氫原子的大小和能極、氫原子的大小和能極玻爾的計(jì)算結(jié)果可以概括為兩個(gè)公式：，玻爾的計(jì)算結(jié)果可以概括為兩個(gè)公式：，n n是正整數(shù)，叫做量子數(shù)。是正整數(shù)，叫做量子數(shù)。玻爾計(jì)算出了玻爾計(jì)算出了r r1 1和和E E1 1的數(shù)值：的數(shù)值：rE110105310136 .米電子伏玻爾的原子理論對氫光譜的解釋玻爾的原子理論對氫光譜的解釋4 4、玻爾理論的局限性、玻爾理論的局限性 玻爾理論的成功之處在于它引入了量子觀念玻爾理論的成功之處在于它引入了量子觀念. . 失敗之處在于它保留了過多的經(jīng)典物理理論。失敗之處在于它保留了過多的經(jīng)典物理理論。 2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代，建立了量子力學(xué)。年代，建立了量子力學(xué)。 量子力學(xué)是一種徹底的量子理論，它不但成功解釋了玻爾理量子力學(xué)是一種徹底的量子理論，它不但成功解釋了玻爾理論能解釋的現(xiàn)象，而且能夠解釋大量的玻爾理論所不能解釋論能解釋的現(xiàn)象，而且能夠解釋大量的玻爾理論所不能解釋的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。四.量子理論 電子云【典型例題】 例例1、盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的根據(jù)是，在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)粒子： A、全部穿過或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)； B、絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至極少數(shù)被彈回； C、絕大多數(shù)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過； D、全部發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)。 分析分析：粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的甚至被彈回。盧瑟福根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。 答：選項(xiàng)B正確。例例2、氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有：A、放出光子，電子動能減小，原子勢能增加；B、放出光子，電子動能增加，原子勢能減少；C、吸收光子，電子動能減小，原子勢能增加；D、吸收光子，電子動能增加，原子勢能減小。分析：分析：根據(jù)玻爾理論，氫原子的不同定態(tài)是跟核外電子繞不同圓形軌道運(yùn)動相對應(yīng)的。氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值（包括電子的動能和電子與核子之間的電勢能)稱為各個(gè)定態(tài)的能級。用En表示電子在第n軌 道上的原子能級，用E1表示電子在第1軌道上的原子能級，且， 這表明電子在外軌道的能級高于電子在內(nèi)軌道時(shí)的能級。又根據(jù)原子由 高能級向低能級躍遷要放出一個(gè)光子，原子由低能級向高能級躍遷要吸收一個(gè)光子。可見，原子放出光子是電子由外軌道向內(nèi)軌道躍遷，原子吸收光子是電子由內(nèi)軌道向外軌道躍遷。eVE6 .13121nEEn根據(jù)電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動的動力學(xué)方程得到電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動能的表達(dá)式由上式可以看出，電子在半徑較大的軌道上運(yùn)行時(shí)，動能反而小。根據(jù)電子與原子核間的作用力是引力，電子由較低軌道躍遷到較高軌道時(shí)，電場力做負(fù)功，電勢能增加。因此，當(dāng)原子放出光子時(shí)，是電子從高軌道向較低軌道躍遷，電子的動能增加，原子的勢能減少，總能量亦減少，選項(xiàng)B正確。當(dāng)原子吸收光子時(shí)，是電子從較低軌道向較高軌道躍遷，電子的動能減小，原子的勢能增加，原子的總能量增加，選項(xiàng)C正確。kermvr222Emvkerk12222答：選項(xiàng)答：選項(xiàng)B、C正確。正確。說明：說明：電子在半徑為r的軌道上繞核做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，電子具有的動能設(shè)電子距原子核為無窮遠(yuǎn)時(shí)，原子的電勢能為零，那么，電子在半徑為r的軌道上繞核運(yùn)行時(shí)，原子的電勢能原子具有的總能量 例例3、一群處于n=5的激發(fā)態(tài)的氫原子，當(dāng)它們向n=2的能級躍遷時(shí)，可能輻射n種頻率的光子，其中光子的最大和最小的頻率各為多少？（已知）E = -13.6eV1w分析：分析：原子輻射光子的能級躍遷情況如圖所示。原子由第5能級向第2能級躍遷時(shí)，輻射的光子能量最大，頻率也最大。原子由第5能級向第4能級躍遷時(shí)，輻射的光子能量最小，頻率也最小。解答：解答：一群處于n=5的激發(fā)態(tài)的氫原子，當(dāng)它們向n=2的能級躍遷時(shí)，可能輻射6種頻率的光子。從n=5直接躍遷到n=2的能級時(shí)，輻射的光子的頻率最大，從n=5躍遷到n=4的能級時(shí)，輻射的光子的頻率最小，【反饋練習(xí)】 1、在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的粒子的運(yùn)動情況是 A、全部粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn) B、絕大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回 C、少數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回 D、全部粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案：答案：B 2、原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，是盧瑟福根據(jù)以下哪個(gè)實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象提出來的 A、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) B、氫原子光譜實(shí)驗(yàn) C、粒子散射實(shí)驗(yàn) D、天然放射現(xiàn)象答案：答案：C3、盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果A、證明了質(zhì)子的存在B、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上D、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動答案：答案：C4、當(dāng)粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動軌跡哪些是不可能存在的答案：答案：BC 5、玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有 A、原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時(shí)，雖然電子做加速運(yùn)動，但并不向外輻射能量 B、原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的 C、電子從一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率的光子 D、電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動的頻率答案：答案：ABC6、氫原子的核外電子，在由離核較遠(yuǎn)的可能軌道躍遷到離核較近的可能軌道的過程中A、輻射光子，獲得能量B、吸收光子，獲得能量C、吸收光子，放出能量D、輻射光子，放出能量答案：答案：D7、在玻爾的原子模型中，比較氫原子所處的量子數(shù)n=1及n=2的兩個(gè)狀態(tài)，若用E表示氫原子的能量，r表示氫原子核外電子的軌道半徑，則A、 E2E1、r2r1； B、E2E1，r2r1；C、E2r1； D、E2E1，r2r1 。 答案：答案：A8、根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后A、原子的能量增加，電子的動能減少B、原子的能量增加，電子的動能增加C、原子的能量減少，電子的動能減少D、原子的能量減少，電子的動能增加答案：答案：D9、按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道上，則A、電子的動能變大，電勢能變大，總能量變大B、電子的動能變小，電勢能變小，總能量變小C、電子的動能變小，電勢能變大，總能量不變D、電子的動能變小，電勢能變大，總能量變大答案：答案：D10、氫原子在下列各能級間躍遷（如圖所示）（1）從n=2到n=1（2）從n=5到n=3（3）從n=4到n=2在躍遷過程中輻射的電磁波的波長分別用1、2、3表式，波長1、2、3大小的順序是：A、1 2 3 ； B、13 2 ；C、3 2 1 ； D、3 1 rb，在此過程中A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子B、原子要吸收一系列頻率的光子C、原子要發(fā)出某一頻率的光子D、原子要吸收某一頻率的光子答案：答案： C7、氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有A、放出光子，電子動能減少，原子勢能增加B、放出光子，電子動能增加，原子勢能減少C、吸收光子，電子動能減少，原子勢能增加D、吸收光子，電子動能增加，原子勢能減少答案：答案： BC 8、氫原子基態(tài)能級為13.6eV，一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)，它們向較低能級躍遷時(shí)，放出光子的能量可以是A、1.51eV B、1.89eVC、10.2eV D、12.09eV答案：答案： BCD 。三、計(jì)算題三、計(jì)算題 9、設(shè)氫原子的核外電子在第2條軌道和第3條軌道上運(yùn)動時(shí)，氫原的能量分別是E2和E3，已知 ，問氫原子吸收波長為多少微米的光子，才能使它的電子從 第 2 條 軌 道 跳 到 第 3 條 軌 道 ( 普 朗 克 常量 )JEE19231003. 3sJh341063. 6答案：答案： 0.656m 。 10、已知?dú)浔米踊鶓B(tài)的電子軌道半徑為 ，量子數(shù)為n的能級值為（1）求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動時(shí)的動能（2）有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)，畫一能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線（3）計(jì)算這幾條光譜線中波長最短的一條的波長，（靜電力恒量 ， 電子電量 ， 普朗克常量 ， 真空中的光速 )eVnEn26 .13sJh191063. 6229/100 . 9CmNkCe19106 . 1smc/1000. 38mr10110528. 0答案：答案： (1) 13.6eV ； (2) 3 ； (3) 。m7103 . 1答案：答案：一、填空題一、填空題 1、0.544 。 2、 。 3、 。 4、6 ; 。 二、選擇題二、選擇題5、C ； 6、C ； 7、BC ； 8、BCD 。 三、計(jì)算題三、計(jì)算題 9、0.656m 。10、(1) 13.6eV ；(2) 3 ；(3) 。hEE1212184rker；14106 . 1m7103 . 1