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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十六讲,原子结构,1/43,【知识关键点】,一、电子发觉,二、原子核式结构,三、玻尔原子模型,2/43,一、电子发觉,1、汤姆生对阴极射线进行了一系列试验研究。1897年，他确认阴极射线是带负电粒子。,汤姆生测得阴极射线粒子荷质比，大约是当初已知氢离子核质比二千倍。以后他又测得阴极射线粒子电荷与氢离子电荷大小基本上相同。所以得出结论，阴极射线粒子质量比氢离子质量小得多。以后人们逐步把这种粒子叫做电子。,以后科学家准确测量出电子电量库仑，质量千克。,汤姆生发觉电子，是物理学史上主要事件。因为电子发觉，人们认识到原子不是组成物质最小微粒，原子本身也有结构。,3/43,2、汤姆生原子模型,原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子却像枣子那样镶嵌在原子里面，这个模型能解释一些试验事实，但无法解释粒子散射试验。,4/43,二、原子核式结构,1、粒子散射试验,1909年至1911年卢瑟福和他合作者用粒子轰击金箔做了粒子散射试验，发觉绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数粒子发生了较大偏转，并有极少数粒子偏转角超出了90，有些甚至被弹回，偏转角几乎到达180。,5/43,2、卢瑟福原子模型,经过对粒子散射试验结果进行了分析，卢瑟福提出了他原子核式结构模型：在原子中心有一个很小核，叫做原子核，原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电电子在核外空间里绕着核旋转。,卢瑟福原子核式模型，能解释粒子散射试验，却与经典电磁理论发生了矛盾。,6/43,3、原子核电荷和大小,依据卢瑟福原子核式模型和粒子散射试验数据，能够推算出各种元素原子核电荷数，还能够预计出原子核大小。,（1）原子半径约为10,-10,米、原子核半径约是10,-14,米，原子核体积只占原子体积万亿分之一。,（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内原子序数相等。,（3）电子绕核旋转所需向心力就是查对它库仑力。,7/43,三、玻尔原子模型,1、玻尔原子理论,玻尔在卢瑟福学说基础上，把普朗克量子理论利用到原子系统上，提出了新原子理论。,（1）原子只处于一系列不连续能量状态中，在这些状态中原子是稳定，电子即使做加速运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫做定态。,（2）原子从一个定态(设能量为E,1,)跃迁到另一个定态(设能量为E,2,)时，它辐射或吸收一定频率光子，光子能量由这两种定态能量差决定，即,（3）原子不一样能量状态对应于电子不一样运动轨道。因为原子能量状态是不连续，所以电子可能轨道也是不连续。,8/43,2、氢原子大小和能极,玻尔在其假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，对结构最简单氢原子进行了计算，算出了氢电子各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时能量（包含动能和电势能）。,玻尔计算结果能够概括为两个公式：,式中r,1,，E,1,分别代表第一条(即离核最近)可能轨道半径和电子在这个轨道上运动时能量，r,n,，E,n,分别代表第n条可能轨道半径和电子在第n条轨道上运动时能量，n是正整数，叫做量子数。,玻尔计算出了r,1,和E,1,数值：,9/43,能级：氢原子各个定态能量值，叫做它能级。,上面计算E,n,式子是氢原子能级公式。通常把用上式计算出氢原子各个能级表示为以下列图所表示能级图。,10/43,11/43,基态：在正常状态下，原子处于最低能极，这时电子在离核最近轨道上运动，这种定态叫基态。,激发态：给物体加热或有光照射物体时，物体中一些原子能够从相互碰撞或从入射光子中吸收一定能量，从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远轨道上运动，这些定态叫做激发态。,跃迁：原子从基态向激发态跃迁过程，是吸收能量过程；原子从较高基发态向较低激发态或基态跃迁过程，是辐射能量过程，这个能量以光子形式辐射出去，这就是原子发光现象。,12/43,3、玻尔原子理论对氢光谱解释,按照玻尔理论，原子从较高能级E,2,跃迁到较低能级E,1,时，辐射出光子能量为,所以氢原子电子从能量较高第n条轨道跃迁到能量较低第2条轨道时辐射光子频率,由此计算出来频率与试验测出氢原子特征谱线频率完全一致。,13/43,玻尔原子理论对氢光谱解释,玻尔理论成功地解释了氢原子光谱可见光系。一样也成功地解释了氢原子光谱红外线系与紫外线系。玻尔理论对氢光谱解释以下。,14/43,玻尔理论成功地解释了氢原子光谱可见光系。一样也成功地解释了氢原子光谱红外线系与紫外线系。,15/43,4、玻尔理论不足,玻尔理论在解释氢原子光谱上取得了成功，但用来解释比较复杂原子光谱时却碰到了很大困难。理论推导出来结论与试验事实出入很大。玻尔理论成功之处于于它引入了量子观念，失败之处于于它保留了过多经典物理理论。,20世纪20年代，建立了量子力学。量子力学是一个彻底量子理论，它不但成功解释了玻尔理论能解释现象，而且能够解释大量玻尔理论所不能解释现象。,16/43,四.量子理论,电子云,17/43,【经典例题】,例1、,卢瑟福提出原子核式结构学说依据是，在用粒子轰击金箔试验中发觉粒子：,A、全部穿过或发生很小偏转；,B、绝大多数穿过，只有少数发生很大偏转，甚至极少数被弹回；,C、绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过；,D、全部发生很大偏转。,分析,：粒子轰击金箔试验结果是：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数粒子发生了较大角度偏转，且有极少数粒子偏转角超出了90，有甚至被弹回。卢瑟福依据这个试验事实提出了原子核式结构学说。,答：选项B正确。,18/43,例2、,氢原子核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生情况有：,A、放出光子，电子动能减小，原子势能增加；,B、放出光子，电子动能增加，原子势能降低；,C、吸收光子，电子动能减小，原子势能增加；,D、吸收光子，电子动能增加，原子势能减小。,19/43,分析：,依据玻尔理论，氢原子不一样定态是跟核外电子绕不一样圆形轨道运动相对应。氢原子各个定态能量值（包含电子动能和电子与核子之间电势能)称为各个定态能级。用E,n,表示电子在第n轨 道上原子能级，用E,1,表示电子在第1轨道上原子能级，且,，,这表明电子在外轨道能级高于电子在内轨道时能级。又依据原子由 高能级向低能级跃迁要放出一个光子，原子由低能级向高能级跃迁要吸收一个光子。可见，原子放出光子是电子由外轨道向内轨道跃迁，原子吸收光子是电子由内轨道向外轨道跃迁。,20/43,依据电子绕原子核做匀速圆周运动动力学方程,得到电子绕核运转时动能表示式,由上式能够看出，电子在半径较大轨道上运行时，动能反而小。,依据电子与原子核间作用力是引力，电子由较低轨道跃迁到较高轨道时，电场力做负功，电势能增加。,所以，当原子放出光子时，是电子从高轨道向较低轨道跃迁，电子动能增加，原子势能降低，总能量亦降低，选项B正确。当原子吸收光子时，是电子从较低轨道向较高轨道跃迁，电子动能减小，原子势能增加，原子总能量增加，选项C正确。,答：选项B、C正确。,21/43,说明：,电子在半径为r轨道上绕核做匀速圆周运动时，电子含有动能,设电子距原子核为无穷远时，原子电势能为零，那么，电子在半径为r轨道上绕核运行时，原子电势能,原子含有总能量,22/43,例3、,一群处于n=5激发态氢原子，当它们向n=2能级跃迁时，可能辐射n种频率光子，其中光子最大和最小频率各为多少？,分析：,原子辐射光子能级跃迁情况如图所表示。原子由第5能级向第2能级跃迁时，辐射光子能量最大，频率也最大。原子由第5能级向第4能级跃迁时，辐射光子能量最小，频率也最小。,23/43,解答：,一群处于n=5激发态氢原子，当它们向n=2能级跃迁时，可能辐射6种频率光子。,从n=5直接跃迁到n=2能级时，辐射光子频率最大，,从n=5跃迁到n=4能级时，辐射光子频率最小，,24/43,【反馈练习】,1、在用粒子轰击金箔试验中，卢瑟福观察到粒子运动情况是,A、全部粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进,B、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回,C、少数粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回,D、全部粒子都发生很大偏转,答案：B,25/43,2、原子核式结构学说，是卢瑟福依据以下哪个试验或现象提出来,A、光电效应试验,B、氢原子光谱试验,C、粒子散射试验,D、天然放射现象,答案：C,26/43,3、卢瑟福粒子散射试验结果,A、证实了质子存在,B、证实了原子核是由质子和中子组成,C、说明原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小核上,D、说明原子电子只能在一些不连续轨道上运动,答案：C,27/43,4、当粒子被重核散射时，如图所表示运动轨迹哪些是不可能存在,答案：BC,28/43,5、玻尔在他提出原子模型中所做假设有,A、原子处于称为定态能量状态时，即使电子做加速运动，但并不向外辐射能量,B、原子不一样能量状态与电子沿不一样圆轨道绕核运动相对应，而电子可能轨道分布是不连续,C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率光子,D、电子跃迁时辐射光子频率等于电子绕核做圆周运动频率,答案：ABC,29/43,6、氢原子核外电子，在由离核较远可能轨道跃迁到离核较近可能轨道过程中,A、辐射光子，取得能量,B、吸收光子，取得能量,C、吸收光子，放出能量,D、辐射光子，放出能量,答案：D,30/43,7、在玻尔原子模型中，比较氢原子所处量子数n=1及n=2两个状态，若用E表示氢原子能量，r表示氢原子核外电子轨道半径，则,A、E,2,E,1,、r,2,r,1,；B、E,2,E,1,，r,2,r,1,；,C、E,2,r,1,；D、E,2,E,1,，r,2,r,1,。,答案：A,31/43,8、依据玻尔理论，氢原子电子由外层轨道跃迁到内层轨道后,A、原子能量增加，电子动能降低,B、原子能量增加，电子动能增加,C、原子能量降低，电子动能降低,D、原子能量降低，电子动能增加,答案：D,32/43,9、按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小轨道跃迁到半径较大轨道上，则,A、电子动能变大，电势能变大，总能量变大,B、电子动能变小，电势能变小，总能量变小,C、电子动能变小，电势能变大，总能量不变,D、电子动能变小，电势能变大，总能量变大,答案：D,33/43,10、氢原子在以下各能级间跃迁（如图所表示）,（1）从n=2到n=1,（2）从n=5到n=3,（3）从n=4到n=2,在跃迁过程中辐射电磁波波长分别用,1,、,2,、,3,表式，波长,1,、,2,、,3,大小次序是：,A、,1,2,3,；B、,1,3,2,；,C、,3,2,1,；D、,3,1,r,b,，在此过程中,A、原子要发出一系列频率光子,B、原子要吸收一系列频率光子,C、原子要发出某一频率光子,D、原子要吸收某一频率光子,答案：,C,38/43,7、氢原子核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生情况有,A、放出光子，电子动能降低，原子势能增加,B、放出光子，电子动能增加，原子势能降低,C、吸收光子，电子动能降低，原子势能增加,D、吸收光子，电子动能增加，原子势能降低,答案：,BC,39/43,8、氢原子基态能级为13.6eV，一群氢原子处于量子数n=3激发态，它们向较低能级跃迁时，放出光子能量能够是,A、1.51eVB、1.89eV,C、10.2eVD、12.09eV,答案：,BCD。,40/43,三、计算题,9、设氢原子核外电子在第2条轨道和第3条轨道上运动时，氢原能量分别是E,2,和E,3,，,已知 ，,问氢原子吸收波长为多少微米光子，才能使它电子从第2条轨道跳到第3条轨道(普朗克常量 ),答案：,0.656,m,。,41/43,10、已知氢泵子基态电子轨道半径为 ，量子数为n能级值为,（1）求电子在基态轨道上运动时动能,（2）有一群氢原子处于量子数n=3激发态，画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线,（3）计算这几条光谱线中波长最短一条波长，,（静电力恒量,，,电子电量,，,普朗克常量,，,真空中光速 ),答案：,(1)13.6eV；,(2)3；,(3),。,42/43,答案：,一、填空题,1、0.544 。,2、。,3、。,4、6 ;。,二、选择题,5、C；6、C；7、BC；8、BCD。,三、计算题,9、0.656,m,。,10,、(1)13.6eV；(2)3；(3),。,43/43,
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