原子结构之谜全章课件粤教版选修35市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

物理：第三章第一节物理：第三章第一节敲开原子大门课敲开原子大门课件件PPT（粤教版选修（粤教版选修）第1页第一节第一节敲开原子大门敲开原子大门第2页知识回顾知识回顾第3页 相当长时间相当长时间,人们认为人们认为原子不可分，原子不可分，英国英国科学家科学家汤姆生汤姆生对阴极射线中发觉电子对阴极射线中发觉电子!敲开了敲开了原子大门原子大门!试验装置试验装置:电源电源,感应圈感应圈,阴极射线管阴极射线管,磁铁磁铁产生：在研究气体导电玻璃管内有阴、阳两极。产生：在研究气体导电玻璃管内有阴、阳两极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一个射线，当两极间加一定电压时，阴极便发出一个射线，这种射线为阴极射线。这种射线为阴极射线。现象现象:1.:1.阴极射线使荧光屏发光（特点）阴极射线使荧光屏发光（特点）2.2.当加入磁场后射线偏转当加入磁场后射线偏转发光原理发光原理:在强电场中在强电场中,气体被电离而导电气体被电离而导电一、探索一、探索阴极射线阴极射线第4页汤姆生怎样测定出粒子荷质比？汤姆生怎样测定出粒子荷质比？让带电粒子垂直射入匀强磁场，假如仅受磁让带电粒子垂直射入匀强磁场，假如仅受磁场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力：供向心力：第5页电荷接收器电荷接收器A 当阴极当阴极A A产生射产生射线进入大真空管线进入大真空管D D时时,能够看到管壁上有能够看到管壁上有荧光出现荧光出现.当大真空管中当大真空管中加入磁场时加入磁场时,射线就射线就会偏转会偏转,被接收器接被接收器接收到收到经检验为经检验为负电荷负电荷第6页荷质比测定荷质比测定荷质比测定荷质比测定1.1.荷质比概念：带电粒子电荷与质量之比。它是带电粒子基本参量。荷质比概念：带电粒子电荷与质量之比。它是带电粒子基本参量。荷质比概念：带电粒子电荷与质量之比。它是带电粒子基本参量。荷质比概念：带电粒子电荷与质量之比。它是带电粒子基本参量。2.2.测定荷质比装置：测定荷质比装置：测定荷质比装置：测定荷质比装置：A A：电离室：电离室：电离室：电离室:S:S1 1SS2 2：加速电场：加速电场：加速电场：加速电场 S S2 2SS3 3：速度选择器：速度选择器：速度选择器：速度选择器B B：匀强磁场：匀强磁场：匀强磁场：匀强磁场 D D：摄影底片：摄影底片：摄影底片：摄影底片 3.3.电子就是经过测定荷质比而被发觉。电子就是经过测定荷质比而被发觉。电子就是经过测定荷质比而被发觉。电子就是经过测定荷质比而被发觉。4.4.测定荷质比装置测定荷质比装置测定荷质比装置测定荷质比装置质谱仪（最初由汤姆生发质谱仪（最初由汤姆生发质谱仪（最初由汤姆生发质谱仪（最初由汤姆生发觉）。觉）。觉）。觉）。5.5.质谱线：从离子源中射出带电粒子电量相同，而质量有微小差异，质谱线：从离子源中射出带电粒子电量相同，而质量有微小差异，质谱线：从离子源中射出带电粒子电量相同，而质量有微小差异，质谱线：从离子源中射出带电粒子电量相同，而质量有微小差异，由公式由公式由公式由公式q/m=2U/Bq/m=2U/B2 2r r2 2，它们进入磁场后将沿不一样半径做圆周运动，它们进入磁场后将沿不一样半径做圆周运动，它们进入磁场后将沿不一样半径做圆周运动，它们进入磁场后将沿不一样半径做圆周运动，打在摄影底片不一样位置，在底片上形成若干谱线条细条，叫质谱打在摄影底片不一样位置，在底片上形成若干谱线条细条，叫质谱打在摄影底片不一样位置，在底片上形成若干谱线条细条，叫质谱打在摄影底片不一样位置，在底片上形成若干谱线条细条，叫质谱线。得用质谱线能够准确地测出各种同位素原子量。线。得用质谱线能够准确地测出各种同位素原子量。线。得用质谱线能够准确地测出各种同位素原子量。线。得用质谱线能够准确地测出各种同位素原子量。第7页MN一个质量为一个质量为m,m,电量为电量为e e带电粒子带电粒子,以速度以速度v v垂直进入垂直进入磁场磁场B B中中,在平行板在平行板MNMN间产生竖直向上电场间产生竖直向上电场E,E,在垂直电场向外在垂直电场向外方向上加一磁场方向上加一磁场B,B,适当地调整电场和磁场强度适当地调整电场和磁场强度,能够能够测出速度大小测出速度大小V=V=E/B第8页hd 设平行板设平行板MNMN之间距离为之间距离为h,h,板水平长度为板水平长度为d,d,首先使阴极仅受电首先使阴极仅受电场作用并到达最大偏转场作用并到达最大偏转,测得此时场强测得此时场强E,E,随即保持随即保持E E不变不变,外加磁场外加磁场使射线恢复水平不再偏转使射线恢复水平不再偏转,测得此时磁场强度测得此时磁场强度B B第9页证实证实:当阴极射线只受电场力时当阴极射线只受电场力时,做抛体运动做抛体运动d=vt d=vt 得得:得出得出所以所以:试验结果：荷质比约为质子试验结果：荷质比约为质子倍倍第10页汤姆生怎样测定出粒子速度汤姆生怎样测定出粒子速度v和半径和半径r？1、让粒子垂直射入正交电磁场做匀速直、让粒子垂直射入正交电磁场做匀速直线运动：线运动：2、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作用、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作用到达最大偏转到达最大偏转第11页密立根油滴试验原理图第12页密立根测量出电子电量密立根测量出电子电量依据荷质比，能够准确地计算出依据荷质比，能够准确地计算出电子质量电子质量 第13页1、关于阴极射线本质，说法正确是（）A A、阴极射线本质是氢原子、阴极射线本质是氢原子B B、阴极射线本质是电磁波、阴极射线本质是电磁波C C、阴极射线本质是电子、阴极射线本质是电子D D、阴极射线本质是、阴极射线本质是X X射线射线C C课堂练习课堂练习第14页2 2、如图如图,为密立根测量电量试验示意图为密立根测量电量试验示意图,油滴从油滴从喷雾器喷出后喷雾器喷出后,落到两平行板间落到两平行板间,油滴因为摩擦油滴因为摩擦而带电而带电,调整两板间电压调整两板间电压,可使油滴悬浮可使油滴悬浮.经过显经过显微镜观察到某个半径微镜观察到某个半径r=1.610r=1.610-4-4cmcm油滴恰静止油滴恰静止在电场中在电场中,此时两金属板间匀强电场此时两金属板间匀强电场E=1.910E=1.9105 5N/C.N/C.已知油滴密度为已知油滴密度为=0.8510=0.85103 3kg/mkg/m3 3.求：该油滴所带电荷量求：该油滴所带电荷量是元电荷多少倍？是元电荷多少倍？E喷雾器喷雾器显微镜显微镜第15页二、电子发觉二、电子发觉 汤姆生发觉，对于不一样汤姆生发觉，对于不一样放电气体放电气体，或者，或者用不一样用不一样金属材料制作电极金属材料制作电极，都测得，都测得相同荷质相同荷质比比，随即又发觉在气体电离和电光效应等现象，随即又发觉在气体电离和电光效应等现象中，可从不一样物体中击出这种带电粒子，这中，可从不一样物体中击出这种带电粒子，这表明它是组成各种物体共同成份。随即，汤姆表明它是组成各种物体共同成份。随即，汤姆生直接测量出粒子电荷，发觉该粒子电荷与氢生直接测量出粒子电荷，发觉该粒子电荷与氢离子电荷大基本上相同，说明它质量比任何一离子电荷大基本上相同，说明它质量比任何一个分子和原子质量都小得多，至此，汤姆生完个分子和原子质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了全确认了电子电子存在。存在。第16页 美国科学家密立根又准确地测定了电子电量：e=1.60221019 C 依据荷质比，能够准确地计算出电子质量为：m=9.10941031 kg 因为发觉电子出色贡献，汤姆生在19取得诺贝尔物理学奖。电子发觉打破了传统“原子不可分”观念，使人类对自然世界认识又向前前进了一步。第17页18971897年年,汤姆生在研究阴极射线汤姆生在研究阴极射线:1.1.测出了阴极射线电性测出了阴极射线电性2.2.测出了它速度和偏转情况测出了它速度和偏转情况3.3.测出了它荷质比测出了它荷质比4.4.发觉用不一样金属做电极全部射线一样性发觉用不一样金属做电极全部射线一样性质质.课堂小结课堂小结第18页习题习题1 1：如图，在两平行板间有平行均匀电场如图，在两平行板间有平行均匀电场E E，匀强磁场，匀强磁场B B。MNMN是荧光屏，中心为是荧光屏，中心为O O，OOOO=L=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O O，y y轴轴向上，向上，x x轴垂直纸面向外，一束速度轴垂直纸面向外，一束速度、荷质比相荷质比相同粒子沿同粒子沿OOOO方向从方向从O O射入，打在射入，打在屏上屏上P P（-）点，求：）点，求：（1 1）粒子带何种电荷？）粒子带何种电荷？（2 2）B B方向？方向？（3 3）粒子荷质比？）粒子荷质比？O OO OM MN N思索与研讨思索与研讨第19页习题习题2 2：示波管中电子枪原理图如图。管内为空，示波管中电子枪原理图如图。管内为空，A A为发射热电为发射热电子阴极，子阴极，K K为接在高电势点加速阳极，为接在高电势点加速阳极，A A、K K间电压为间电压为U U。电子离。电子离开阴极时速度能够忽略，电子经加速后从开阴极时速度能够忽略，电子经加速后从K K小孔中射出时速度大小孔中射出时速度大小为小为v v，下面说法正确是：，下面说法正确是：()()A A、假如、假如A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速率变为、不变，则离开时速率变为2v 2v B B、假如、假如A A、K K间距离减半，电压间距离减半，电压U U、不变，则离开时速率变为、不变，则离开时速率变为v/2 v/2 C C、假如、假如A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率变为减半，则离开时速率变为2v 2v D D、假如、假如A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率变为减半，则离开时速率变为0.707v0.707vA AK KU U第20页n n物理学家对阴极射线研究，引发了19世纪末三大发觉：n n1895年伦琴发觉了X射线。n n1896年贝克勒尔发觉了天然放射现象。n n1897年汤姆生发觉了电子。第21页汤姆生汤姆生 约瑟夫约瑟夫约翰约翰汤姆生汤姆生(Joseph(JosephJohnJohnThomson)1856Thomson)1856年年1212月月1818日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生以卖书为业。汤姆生1414岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。18761876年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许试年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许试验室，在瑞利指导下进行电磁场理论试验研究工作。验室，在瑞利指导下进行电磁场理论试验研究工作。18841884年，年仅年，年仅2828岁便当选为皇家学会会员。同年末，又岁便当选为皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许试验室教授。继瑞利之后担任卡文迪许试验室教授。当初，关于阴极射线研究，有两派学说，一派是克当初，关于阴极射线研究，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人微粒说，认为阴极射线是带负电鲁克斯、佩兰等人微粒说，认为阴极射线是带负电“分分子流子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人波动说，认为阴；另一派是哥德斯坦、赫兹等人波动说，认为阴极射线是一个电磁波。汤姆生用旋转镜法测量了阴极射极射线是一个电磁波。汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线速度，否定了阴极射线是电磁波。线速度，否定了阴极射线是电磁波。第22页 他又经过阴极射线在电场和磁场中偏转，得出了阴极射线是带负电粒子流结论。他深入测定了这种粒子比荷，与当初已知电解中生成氢离子荷质比相比较，他假定阴极射线电荷与氢离子电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子质量约为氢原子千分之一。他还给放电管中充入各种气体进行试验，发觉其荷质比跟管中气体种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，这种粒子必定是全部物质共同组成成份。汤姆生把这种粒子叫做“电子”。1897年汤姆生发觉，使人类认识了第一个基本粒子，这在物理学史上是有划时代意义。19，汤姆生因为在气体导电方面理论和试验研究而荣获诺贝尔物理学奖。1940年8月30日汤姆生在剑桥逝世。第23页2 原子核式结构模型原子核式结构模型第24页汤姆生原子模型汤姆生原子模型十九世纪末，汤姆生发觉了电子，并十九世纪末，汤姆生发觉了电子，并知道电子是原子组成部分因为电知道电子是原子组成部分因为电子是带负电，而原子又是中性，所子是带负电，而原子又是中性，所以推断出原子中还有带正电物质以推断出原子中还有带正电物质那么这两种物质是怎样组成原子呢那么这两种物质是怎样组成原子呢？第25页汤姆生原子模型电子正电荷 在汤姆生原子在汤姆生原子模型中，原子是一模型中，原子是一个球体；正电核均个球体；正电核均匀分布在整个球内，匀分布在整个球内，而电子都象布丁中而电子都象布丁中葡萄干那样镶嵌在葡萄干那样镶嵌在内。内。第26页原子内部是什么样子？原子内部是什么样子？既然带负电粒子既然带负电粒子(电子电子)质量这么小，那么带质量这么小，那么带正电部分是怎样分布呢？正电部分是怎样分布呢？西瓜模型西瓜模型 枣糕模型枣糕模型第27页粒子散射试验 190919，英国物理学家卢瑟福和他助手们进行了 粒子散射试验卢卢瑟瑟福福著名著名 粒子散射试验粒子散射试验第28页著名著名 粒子散射试验粒子散射试验第29页卢瑟福卢瑟福 粒子散射试验粒子散射试验卢瑟福从卢瑟福从19起做了著名起做了著名粒子散射试验，试验粒子散射试验，试验目标是想证实汤姆孙原子模型正确性目标是想证实汤姆孙原子模型正确性。粒子是什么粒子？粒子是什么粒子？氦核（两个单位正电、质量是氢原子质量氦核（两个单位正电、质量是氢原子质量4倍）倍）假如汤姆孙枣糕模型是正确，你预计试验结假如汤姆孙枣糕模型是正确，你预计试验结果会是什么样子？果会是什么样子？第30页卢瑟福卢瑟福 粒子散射试验粒子散射试验试验结果：试验结果：绝大多数绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进。向前进。少数少数粒子粒子(约占八千分之一约占八千分之一)发生了大角度偏转，发生了大角度偏转，甚至超出了甚至超出了90o,也就说几乎被也就说几乎被“撞了回来撞了回来”。试验结果说明了什么？试验结果说明了什么？第31页卢瑟福卢瑟福 原子模型原子模型原子中带正电部分体积很小，但几乎占有全部质量，原子中带正电部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体外面运动。正电体积很小，被称为电子在正电体外面运动。正电体积很小，被称为原原子核子核。这个模型被称为。这个模型被称为核式结构模型核式结构模型。电子对电子对粒子作用忽略不计。粒子作用忽略不计。因为原子核很小，大部分因为原子核很小，大部分粒子穿粒子穿过原子时离原子核很远，受到较小过原子时离原子核很远，受到较小库仑斥力，运动几乎不改变方向。库仑斥力，运动几乎不改变方向。极少数极少数粒子穿过原子时离原子核粒子穿过原子时离原子核很近，所以受到很强库仑斥力，发很近，所以受到很强库仑斥力，发生大角度散射。生大角度散射。卢瑟福按照这个模型，利用经典力学计算了向卢瑟福按照这个模型，利用经典力学计算了向各个方向散射各个方向散射粒子百分比，结果与试验相符。粒子百分比，结果与试验相符。第32页卢瑟福粒子散射试验中为何使用是金箔？卢瑟福粒子散射试验中为何使用是金箔？方颖 浙江省宁波市奉化中学 http:/ v 原子核核式结构原子核核式结构依据卢瑟福原子结构模型，原子内部依据卢瑟福原子结构模型，原子内部是十分是十分“空阔空阔”，举一个简单例子：，举一个简单例子：体育场原子原子核第36页原子核电荷和大小原子核电荷和大小v依据卢瑟福原子核式模型和依据卢瑟福原子核式模型和粒子散射试验数据，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。出原子核大小。v（1）原子半径约为）原子半径约为10-10米、原子核半径约是米、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。米，原子核体积只占原子体积万亿分之一。v（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该）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。元素在周期表内原子序数相等。v（3）电子绕核旋转所需向心力就是查对它库仑）电子绕核旋转所需向心力就是查对它库仑力。力。第37页原子核电荷和大小原子核电荷和大小v依据卢瑟福原子核式模型和依据卢瑟福原子核式模型和粒子散射试验数据，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。出原子核大小。v（1）原子半径约为）原子半径约为10-10米、原子核半径约是米、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。米，原子核体积只占原子体积万亿分之一。v（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该）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。元素在周期表内原子序数相等。v（3）电子绕核旋转所需向心力就是查对它库仑）电子绕核旋转所需向心力就是查对它库仑力。力。第38页【反馈练习】1、在用、在用粒子轰击金箔试验中，卢瑟福观察到粒子轰击金箔试验中，卢瑟福观察到粒子运动情况是粒子运动情况是 A、全部、全部粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进 B、绝大多数、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来方向粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C、少数、少数粒子穿过金属箔后仍按原来方向前进，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，甚至被弹回绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D、全部、全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转答案：答案：B第39页2、卢瑟福、卢瑟福粒子散射试验结果粒子散射试验结果A、证实了质子存在、证实了质子存在B、证实了原子核是由质子和中子组成、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、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、说明原子电子只能在一些不连续轨道上运动动答案：答案：C第40页3、当、当粒子被重核散射时，如图所表示运动粒子被重核散射时，如图所表示运动轨迹哪些是不可能存在轨迹哪些是不可能存在答案：答案：BC第41页早在早在1717世纪，牛顿就发觉了日光经过三棱镜后色散现象，并世纪，牛顿就发觉了日光经过三棱镜后色散现象，并把试验中得到把试验中得到彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱第42页一、光谱一、光谱光谱光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）波长成份和强度分布统计。有时只是波长成光区域）波长成份和强度分布统计。有时只是波长成份统计。份统计。发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类：连续光谱连续光谱和和明线光谱明线光谱。1.1.发射光谱发射光谱物体发光直接产生光谱叫做物体发光直接产生光谱叫做发射光谱。发射光谱。第43页平行光管标度管三棱镜观察管分光镜分光镜第44页分光镜原理分析标度管第45页v（1）连续光谱）连续光谱v v v v比如白炽灯丝发出光、烛焰、炽比如白炽灯丝发出光、烛焰、炽热钢水发出光都形成连续光谱热钢水发出光都形成连续光谱。炽热固体、液体及高压气体炽热固体、液体及高压气体光谱，是由光谱，是由连续连续分布一切波长光组成，这种光谱叫做分布一切波长光组成，这种光谱叫做连续光谱连续光谱。第46页2）明线光谱（）明线光谱（原子光谱）原子光谱）只含有一些只含有一些不连续亮线不连续亮线光谱叫做明线光谱。明线光谱光谱叫做明线光谱。明线光谱中亮线叫谱线，各条谱线对应不一样波长光。中亮线叫谱线，各条谱线对应不一样波长光。稀薄气体或金属蒸气发射光谱稀薄气体或金属蒸气发射光谱是明是明线光谱。明线光谱是线光谱。明线光谱是由游离状态原子发射由游离状态原子发射，也叫，也叫原子光谱原子光谱。高压电源高压电源光谱管光谱管第47页各种元素都只能发出含有本身特征一些波长光，各种元素都只能发出含有本身特征一些波长光，明线光谱明线光谱谱线也叫原子特征谱线。谱线也叫原子特征谱线。第48页吸吸收收光光谱谱钠蒸气光谱中产生一组暗线，每条光谱中产生一组暗线，每条暗线波长都跟那种气体原子暗线波长都跟那种气体原子特征谱线相对应。特征谱线相对应。第49页（3）吸收光谱）吸收光谱v 高温物体发出白光（其中包含连续分布一高温物体发出白光（其中包含连续分布一切波长光）经过物质时，切波长光）经过物质时，一些波长光被物质吸一些波长光被物质吸收后产生光谱，叫做吸收光谱收后产生光谱，叫做吸收光谱。这表明，。这表明，低温低温气体原子吸收光，恰好就是这种原子在高温时气体原子吸收光，恰好就是这种原子在高温时发出光。发出光。所以吸收光谱中暗谱线与所以吸收光谱中暗谱线与明线相对应明线相对应，也是原子特征谱线。也是原子特征谱线。太阳光谱是吸收光谱。太阳光谱是吸收光谱。第50页各种光谱各种光谱连续光谱连续光谱H发射光谱发射光谱钠发射光钠发射光谱谱钠吸收光钠吸收光谱谱太阳吸收太阳吸收光谱光谱第51页 光光 谱谱发射光谱发射光谱定义：由发光体直接产生光谱定义：由发光体直接产生光谱连续光谱连续光谱产生条件：产生条件：炽热固体、液体炽热固体、液体和和高压气体高压气体发发光形成光形成光谱形式：光谱形式：连续连续分布，一切波长光都有分布，一切波长光都有线状光谱线状光谱（原子光谱）（原子光谱）产生条件：产生条件：稀薄气体发光稀薄气体发光形成光谱形成光谱光谱形式：一些光谱形式：一些不连续明线不连续明线组成，不一样组成，不一样元素明线光谱不一样（又叫特征光谱）元素明线光谱不一样（又叫特征光谱）吸收光谱吸收光谱定义：连续光谱中一些波长光被物质吸收后产生光谱定义：连续光谱中一些波长光被物质吸收后产生光谱产生条件：产生条件：炽热白光经过温度较白光低炽热白光经过温度较白光低气体后，再气体后，再色散色散形成形成光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现出现一些暗线一些暗线（与（与特征谱线特征谱线相对应）相对应）各种光谱特点及成因：第52页（4）光谱分析）光谱分析 因为每种原子都有自己特征谱线，所以能够依因为每种原子都有自己特征谱线，所以能够依据光谱来判别物质和确定化学组成。这种方法叫据光谱来判别物质和确定化学组成。这种方法叫做光谱分析。做光谱分析。v 原子光谱不连续性反应出原子结构不连续性，原子光谱不连续性反应出原子结构不连续性，所以光谱分析也能够用于探索原子结构。所以光谱分析也能够用于探索原子结构。研究太阳研究太阳高层大气高层大气层所含元层所含元素素第53页氢原子是最简单原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱第54页三、卢瑟福模型困难三、卢瑟福模型困难三、卢瑟福模型困难三、卢瑟福模型困难原子核式结构模型原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论矛盾矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续改变辐射电磁波频率连续改变实际上实际上：原子是稳定原子是稳定原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱规律。第55页氢 气 吸 收 光 谱氢气第56页课堂效果检测：课堂效果检测：1 1 在实际生活中，我们能够经过光谱分析来判别在实际生活中，我们能够经过光谱分析来判别物质和物质组成成份。比如某样本中一个元素物质和物质组成成份。比如某样本中一个元素含量到达含量到达1010-10-10g g时就能够被检测到。那么我们是时就能够被检测到。那么我们是经过分析以下哪种谱线来判别物质和物质组成经过分析以下哪种谱线来判别物质和物质组成成份？成份？A A 连续谱连续谱B B 线状谱线状谱C C 特征谱线特征谱线D D 任意一个光谱任意一个光谱 （B CB C）第57页2 2 以下说法正确是：以下说法正确是：A A 经过光栅或棱镜能够把光按波长展开，从而取得光波长成份经过光栅或棱镜能够把光按波长展开，从而取得光波长成份统计，这就是光谱。即光谱与光强度无关。统计，这就是光谱。即光谱与光强度无关。B B 经过光栅或棱镜能够把光按波长展开，从而取得光波长成份经过光栅或棱镜能够把光按波长展开，从而取得光波长成份和强度分布统计，这就是光谱。即光谱不但统计了光波长分和强度分布统计，这就是光谱。即光谱不但统计了光波长分布，还统计了强度分布。布，还统计了强度分布。C C 在研究太阳光谱时发觉太阳光谱中有许多暗线，这说明了太在研究太阳光谱时发觉太阳光谱中有许多暗线，这说明了太阳内部缺乏对应元素。阳内部缺乏对应元素。D D在研究太阳光谱时发觉太阳光谱中有许多暗线，这些暗线与在研究太阳光谱时发觉太阳光谱中有许多暗线，这些暗线与一些元素特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存在对应一些元素特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存在对应元素。元素。（BD）第58页第四节第四节原子能级结构原子能级结构第59页回顾回顾19世纪末世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界世纪初，人类叩开了微观世界大门，物理学家依据研究提出了关于原子结大门，物理学家依据研究提出了关于原子结构各种模型，卢瑟福核式结构模型能够很好构各种模型，卢瑟福核式结构模型能够很好解释试验现象，得到了多数科学家必定，不解释试验现象，得到了多数科学家必定，不过与经典电磁理论发生了矛盾过与经典电磁理论发生了矛盾什么矛盾？第60页经典电磁理论经典电磁理论经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动,绕核运动电子将不停向外辐射电磁波。因为原子不绕核运动电子将不停向外辐射电磁波。因为原子不停地向外辐射能量，能量停地向外辐射能量，能量逐步减小，逐步减小，电子绕核旋转频电子绕核旋转频率也逐步改变，原子发射光率也逐步改变，原子发射光谱应是连续谱谱应是连续谱。因为原子总能因为原子总能量减小，电子将最终逐步靠近量减小，电子将最终逐步靠近原子核，而使原子核，而使原子变得不稳定原子变得不稳定。+第61页经典电磁理论与当代物理学矛盾经典电磁理论与当代物理学矛盾 实际上：实际上：氢原子发射光谱是不连续光谱，而核外电氢原子发射光谱是不连续光谱，而核外电子总是不停地绕核运动。子总是不停地绕核运动。表明：表明：从宏观现象总结出来经典电磁理论跟原子从宏观现象总结出来经典电磁理论跟原子微粒产生微观现象出现了矛盾。微粒产生微观现象出现了矛盾。第62页玻尔理论基本假设玻尔理论基本假设w现象：氢原子光谱是分立(线状)，原子是稳定.w构想：原子内部能量也是不连续。w19丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱分立性，提出假设：w定态假设：原子只能处于一系列不连续能量状态中，在这些状态中原子是稳定，电子即使绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态第63页玻尔原子模型玻尔原子模型电子轨道量子化电子轨道量子化电子绕核做圆周运动依然电子绕核做圆周运动依然服从经典力学规律。但轨服从经典力学规律。但轨道不是任意。道不是任意。原子能量量子化原子能量量子化电子在不一样轨道，原子电子在不一样轨道，原子含有能量不一样。含有能量不一样。第64页氢原子氢原子 能级图能级图第65页玻尔原子模型玻尔原子模型频率条件频率条件电子吸收光子时会从能量电子吸收光子时会从能量较低较低轨道轨道跃迁跃迁到能量到能量较高较高轨道轨道电子从能量电子从能量较高较高轨道轨道跃迁跃迁到能量到能量较低较低轨道，放出光轨道，放出光子子吸收光子(单击)放出光子(单击)第66页氢原子氢原子 能级图能级图原子能量从原子能量从-1.51eV下降到下降到-3.4eV(单击)原子能量从原子能量从-3.4eV下降到下降到-13.6eV(单击)第67页1.氢原子玻尔理论（3个假设）：问题：氢原子光谱是分立，这是为何？为处理这个问题，玻尔可谓费尽心机1）定态假设：原子只能处于一系列不连续能量状态之中，在这些状态中原子是稳定，电子即使在旋转，但它不会向外辐射能量定态之一：近核运动 此时原子能量为Em定态之二：远核运动此时原子能量为En第68页2）跃迁假设：原子从一个能量是能量是Em定态跃迁到能量是能量是En另一个定态时，它要吸收或放出一定频率光子，光子能量由两定态能量差决定，即 h=IEm-EnI电子从一个轨道变到另一个轨道，不是以螺旋线形式改变，而是突变-以跳跃方式改变，所以玻尔把这现象叫玻尔把这现象叫“跃迁跃迁”想一想，何时会吸收光子？何时会放出光子？第69页3）量子化假设：电子运行轨道不是连续，而是分立，电子可能轨道可用公式表示：rn=n2r1 式中r1=0.53*10-10m叫电子第一轨道。电子轨道只能是特殊值情况叫做轨道量子化r14r19r1第70页2.氢原子能量公式：1.电子动能：Ek=1/2mv2电子绕核做圆周运动mv2/r=ke2/r2故Ek=1/2ke2/r2.原子势能Ep=q=-e=kQ/r=ke/r故Ep=-ke2/r由此可见，离核越远，电子动能越小，势能越大，总能量越大。电子r时，E=0 为最大能量，此状态叫电离态。氢原子总能量E总=-1/2ke2/r第71页玻尔理论基本假设玻尔理论基本假设w轨道能级化假设：轨道能级化假设：原子不一样能量状态跟电子沿原子不一样能量状态跟电子沿不一样圆形轨道绕核运动相对应。原子定态是不不一样圆形轨道绕核运动相对应。原子定态是不连续，所以电子可能轨道分布也是不连续。连续，所以电子可能轨道分布也是不连续。w跃迁假设跃迁假设:当原子从一个能量当原子从一个能量为为En定态跃迁到另一个能量定态跃迁到另一个能量为为Em定态时，就要发射或吸定态时，就要发射或吸收一个频率为收一个频率为 m-n光子光子.E Emm E En n 发射光子，发射光子，发射光子，发射光子，E Emm 6 N 6 符合巴耳末公式光谱线（大部分在紫外区）符合巴耳末公式光谱线（大部分在紫外区）巴尔末系巴尔末系人们把一系列符合巴耳末公式光谱线统称为巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式光谱线统称为巴耳末系适用区域：适用区域：可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区第89页90新课标资源网新课标资源网新课标资源网新课标资源网 老师都说好老师都说好老师都说好老师都说好!氢原子光谱其它线系赖曼线系赖曼线系 红红外外区区还还有有三三个个线线系系帕邢线帕邢线系系布喇开布喇开系系普丰特线普丰特线系系紫外线区紫外线区第90页91新课标资源网新课标资源网新课标资源网新课标资源网 老师都说好老师都说好老师都说好老师都说好!二、玻尔理论对氢原光光谱解释二、玻尔理论对氢原光光谱解释/nm652.2nm434.0nm410.1nmHHHH486.1nmn=1n=2n=3n=4n=5n=6E1=-13.6evE2=-3.4evE3=-1.51evE4=-0.85evHHHH第91页课堂练习：课堂练习：1、对玻尔理论以下说法中，正确是、对玻尔理论以下说法中，正确是A、继承了卢瑟福原子模型，但对原子能量、继承了卢瑟福原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设和电子轨道引入了量子化假设B、对经典电磁理论中关于、对经典电磁理论中关于“做加速运动电做加速运动电荷要辐射电磁波荷要辐射电磁波”观点提出了异议观点提出了异议C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量改变之间定量关系与原子能量改变之间定量关系D、玻尔公式是在他理论基础上利用经典电、玻尔公式是在他理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来磁理论和牛顿力学计算出来ABCD第92页2、下面关于玻尔理论解释中，不正确说法、下面关于玻尔理论解释中，不正确说法是（是（）A、原子只能处于一系列不连续状态中，、原子只能处于一系列不连续状态中，每个状态都对应一定能量每个状态都对应一定能量B、原子中，即使核外电子不停做加速运动、原子中，即使核外电子不停做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量射能量C、原子从一个定态跃迁到另一个定态时，、原子从一个定态跃迁到另一个定态时，一定要辐射一定频率光子一定要辐射一定频率光子D、原子每一个能量状态都对应一个电子、原子每一个能量状态都对应一个电子轨道，而且这些轨道是不连续轨道，而且这些轨道是不连续C第93页3、依据玻尔理论，氢原子中，量子数、依据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则以下说法中正确是（越大，则以下说法中正确是（）A、电子轨道半径越大、电子轨道半径越大B、核外电子速率越大、核外电子速率越大C、氢原子能级能量越大、氢原子能级能量越大D、核外电子电势能越大、核外电子电势能越大ACD第94页4、依据玻尔原子理论，原子中电子绕、依据玻尔原子理论，原子中电子绕核运动半径（核运动半径（）A、能够取任意值、能够取任意值B、能够在某一范围内取任意值、能够在某一范围内取任意值C、能够取一系列不连续任意值、能够取一系列不连续任意值D、是一系列不连续特定值、是一系列不连续特定值D第95页5 5、按照玻尔理论，一个氢原子中电子从二、按照玻尔理论，一个氢原子中电子从二分之一径为分之一径为r ra a圆轨道自发地直接跃迁到二圆轨道自发地直接跃迁到二分之一径为分之一径为r rb b圆轨道上，已知圆轨道上，已知r ra arrb b，则在，则在此过程中（此过程中（）A A、原子要发出一系列频率光子、原子要发出一系列频率光子 B B、原子要吸收一系列频率光子、原子要吸收一系列频率光子 C C、原子要发出某一频率光子、原子要发出某一频率光子 D D、原子要吸收某一频率光子、原子要吸收某一频率光子C第96页课堂练习课堂练习1.下面关于玻尔理论解释中下面关于玻尔理论解释中,正确说法是正确说法是()A.原子只能处于一系列不连续状态中，每个状态都对原子只能处于一系列不连续状态中，每个状态都对应一定能量；应一定能量；B.原子中，即使核外电子不停做加速运动，但只要能原子中，即使核外电子不停做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量；量状态不改变，就会向外辐射能量；C.原子从一个定态跃迁到另一个定态时，一定要辐射原子从一个定态跃迁到另一个定态时，一定要辐射一定频率光子；一定频率光子；D.原子每一个能量状态都对应一个电子轨道，而且这原子每一个能量状态都对应一个电子轨道，而且这些轨道是不连续。些轨道是不连续。AD第97页课堂练习课堂练习2.处于基态氢原子在某种单色光照射下，只能发出处于基态氢原子在某种单色光照射下，只能发出频率为频率为v1、v2、v3三种光，且三种光，且v1v2v3,则照射光光则照射光光子能量为子能量为多少？多少？解：解：处于基态原子要发光处于基态原子要发光,必须先吸收一定能量必须先吸收一定能量E,使其处于激发态。因为激发态能量高使其处于激发态。因为激发态能量高,原子不稳原子不稳定定,就会向低能级跃迁就会向低能级跃迁,从而发出一系列频率光子从而发出一系列频率光子,但这些光子频率决不会大于但这些光子频率决不会大于v,且必有一个频率等且必有一个频率等于于v。由题意知。由题意知,该氢原子受激后只能发出频率为该氢原子受激后只能发出频率为v1、v2、v3三种光三种光,且且v1v2v3,即最高频率是即最高频率是v3,那那么照射光频率必是么照射光频率必是v3,光子能量是光子能量是hv3。第98页课堂练习课堂练习3.氢原子从氢原子从n=1状态跃迁到状态跃迁到n=4状态，它所吸收光子状态，它所吸收光子波长是多少？这是不是可见光？波长是多少？这是不是可见光？解：解：氢原子从氢原子从n=1状态跃迁到状态跃迁到n=4状态时，它所吸收状态时，它所吸收光子能量为：光子能量为：可见光波长范围：可见光波长范围：390nm780nm第99页例例.一群氢原子处于量子数为一群氢原子处于量子数为n激发态