2022-2023學(xué)年新教材高中物理第五章原子與原子核第一節(jié)原子的結(jié)構(gòu)課件粵教版選擇性必修第三冊(cè)

1、第五章 | 原子與原子核第一節(jié)原子的結(jié)構(gòu)核心素養(yǎng)點(diǎn)擊 物理觀念(1)知道電子的發(fā)現(xiàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)模型。(2)了解原子光譜的概念，知道氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(3)知道經(jīng)典理論的困難在于無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特性。(4)了解玻爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容。(5)認(rèn)識(shí)玻爾的原子理論和盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型之間的繼承和發(fā)展關(guān)系，了解玻爾模型的不足之處及其原因。科學(xué)思維用經(jīng)典理論解釋原子光譜困難時(shí)，利用玻爾的原子模型解釋氫原子光譜?？茖W(xué)探究探究氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。一、原子核式結(jié)構(gòu)的提出1填一填(1)湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型湯姆孫于1898年提出一種模型，他認(rèn)為，原子是一個(gè)_體，_均勻分布在整個(gè)

2、球體內(nèi)，質(zhì)量很小的_鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫的原子模型稱為“_模型”或“葡萄干布丁模型”。球正電荷電子棗糕(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子：從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7 300倍。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，整個(gè)裝置處于真空中，其中：粒子源R是被鉛塊包圍的，它發(fā)射的粒子經(jīng)過一條細(xì)通道，形成一束射線，打在金箔F上。顯微鏡M帶有熒光屏S，可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)到不同的方向?qū)ι⑸涞牧Ｗ舆M(jìn)行觀察。被散射的粒子打在熒光屏上會(huì)有微弱的閃光產(chǎn)生。通過顯微鏡觀察閃光就可以記錄在某一時(shí)間內(nèi)某一方向散射的粒子數(shù)。絕大多數(shù)少數(shù)大于撞了回來核式結(jié)構(gòu)原子核正電荷質(zhì)量電子(4)原子核的電荷與尺度

3、原子核的電荷數(shù)非常接近它們的_。原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的_數(shù)。原子核的半徑的數(shù)量級(jí)為10151014 m，而原子半徑的數(shù)量級(jí)大約是1010 m，可見原子內(nèi)部是十分“空曠”的。2判一判(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆孫的原子模型是符合事實(shí)的。( )(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈。( )(3)粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的。( )原子序數(shù)質(zhì)子3選一選 如圖所示為粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，粒子打到熒光屏上都會(huì)引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則這四處位置在相等時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)的閃爍次數(shù)符合事實(shí)的是 ()A1 305、25、7、1 B20

4、2、405、625、825C1 202、1 010、723、203 D1 202、1 305、723、203解析：根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象可知，大多數(shù)粒子能按原來方向前進(jìn)，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過90，甚至有的被反向彈回，在相等時(shí)間內(nèi)A處閃爍次數(shù)最多，其次是B、C、D三處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，A選項(xiàng)正確。答案：A二、氫原子光譜原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)1填一填(1)原子光譜：某種原子的氣體通電后可以_并產(chǎn)生固定不變的_。(2)經(jīng)典理論的困難無法解釋原子的穩(wěn)定性。無法解釋原子光譜分立的線狀譜特征。發(fā)光光譜(3)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)能級(jí)：電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有_的能量，這些

5、分立的_叫作原子的能級(jí)。躍遷：原子從_變化到_的過程。躍 遷時(shí)輻射出光子的能量為h_?；鶓B(tài)：_能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。激發(fā)態(tài)：除_之外的其他狀態(tài)。2判一判(1)玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說認(rèn)為電子的軌道是量子化的。 ( )(2)電子吸收某種頻率條件的光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)。( )(3)電子能吸收任意頻率的光子發(fā)生躍遷。 ( )不同能量值一個(gè)能級(jí)另一個(gè)能級(jí)EmEn最低基態(tài)3選一選(多選)關(guān)于玻爾的原子模型，下列說法中正確的有()A它徹底地否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說B它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說C它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論D它引入了普朗克的量子理論解析：玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的前提下提出軌道

6、量子化、能量量子化及能級(jí)躍遷，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；它的成功在于引入了量子化理論，缺點(diǎn)是過多地引入經(jīng)典力學(xué)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。答案：BD探究(一)粒子散射實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象分析問題驅(qū)動(dòng)如圖是粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，各部分的作用是什么？提示：放射源放出快速運(yùn)動(dòng)的粒子，粒子通過金箔時(shí)被散射，打在熒光屏上發(fā)出熒光，可通過帶有熒光屏的顯微鏡進(jìn)行觀察，并可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察不同方向和不同位置通過金箔的散射粒子數(shù)量，整個(gè)裝置封閉在真空內(nèi)。 重難釋解1實(shí)驗(yàn)背景：粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，

7、盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。2否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)粒子在穿過原子時(shí)，受到各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡，對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會(huì)很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(3)粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。3盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)粒子散射分析(1)分布情況：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，原子中絕大部分是空的。(2)受力情況少數(shù)粒子靠近原子核時(shí)，受到的庫(kù)侖斥力大；大多數(shù)粒子離原子核較遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力較小。(3)偏轉(zhuǎn)情況絕大多數(shù)粒子運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)明顯變化(因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量相對(duì)于粒子很小

8、)；少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回；如果粒子幾乎正對(duì)著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角就幾乎達(dá)到180，這種機(jī)會(huì)極少。典例1如圖所示，根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線，實(shí)線表示一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在粒子從a運(yùn)動(dòng)到b再運(yùn)動(dòng)到c的過程中，下列說法中正確的是()A動(dòng)能先增大后減小B電勢(shì)能先減小后增大C電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功，總功等于零D加速度先減小后增大答案C2庫(kù)侖力對(duì)粒子的做功情況(1)當(dāng)粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。(2)當(dāng)粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做正功，電勢(shì)能減小。3粒子的能量轉(zhuǎn)化僅有庫(kù)侖力做功時(shí)，能量只在電勢(shì)能和動(dòng)能之間發(fā)生相互

9、轉(zhuǎn)化，且總能量保持不變。素養(yǎng)訓(xùn)練1粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使粒子散射的原因是()A粒子與原子核外電子碰撞B粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞C粒子發(fā)生明顯衍射D粒子與原子核的庫(kù)侖斥力作用解析：粒子與原子核外電子的作用是很微弱的。由于原子核的質(zhì)量和電荷量很大，粒子與原子核很近時(shí)，庫(kù)侖斥力很強(qiáng)，足可以使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回，使粒子散射的原因是與原子核的庫(kù)侖斥力，選項(xiàng)D正確。答案：D2X表示金原子核，粒子射向金核被散射，若粒子入射時(shí)的動(dòng)能相同，其偏轉(zhuǎn)軌跡可能是圖中的 ()解析：粒子離金核越遠(yuǎn)其所受斥力越小，軌跡彎曲程度就越小，故選項(xiàng)D正確。答案：D3(多選)盧瑟福對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是()A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的

10、主要原因是原子中電子對(duì)粒子的作用力B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫(kù)侖力C原子核很小，粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的粒子解析：原子核帶正電，與粒子之間存在庫(kù)侖力，當(dāng)粒子靠近原子核時(shí)受庫(kù)侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對(duì)它的影響可忽略，故A錯(cuò)誤，B正確；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時(shí)離原子核較遠(yuǎn)，因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離原子核很近的粒子受到的庫(kù)侖力較大，方向改變較多，故C、D正確。答案：BCD探究(二)氫原子能級(jí)躍遷規(guī)律問題驅(qū)動(dòng)如圖所示為氫原子能級(jí)圖。(1)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí)，氫原子的能量是多少？提示：當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí)，氫原子的能量最

11、小，是13.6 eV。(2)如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？提示：如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV，會(huì)出現(xiàn)電離現(xiàn)象。 重難釋解1能級(jí)圖的理解(1)能級(jí)圖中n稱為量子數(shù)，E1代表氫原子的基態(tài)能量，即量子數(shù)n1時(shí)對(duì)應(yīng)的能量，其值為13.6 eV。En代表電子在第n個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。(2)作能級(jí)圖時(shí)，能級(jí)橫線間的距離和相應(yīng)的能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，能級(jí)差越大，間隔越寬，所以量子數(shù)越大，能級(jí)越密，豎直線的箭頭表示原子躍遷方向，長(zhǎng)度表示輻射光子能量的大小，n1是原子的基態(tài)，n是原子電離時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。4使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子光子與實(shí)物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光

12、子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余，而激發(fā)到n1能級(jí)時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級(jí)的問題。(2)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于兩能級(jí)的能量差值，就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。答案12.75 eV3.081015 Hz97.4 nm遷移發(fā)散用一束單色光照射處于n4能級(jí)的氫原子使其電離(電子脫離原子核的束縛成為自由電子)，光子的能量至少為多大？答案：0.85 eV 原子躍遷時(shí)需注意的三個(gè)問題(1)注意一群原子和一個(gè)原子：氫原子核外只有一個(gè)電子，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一

13、個(gè)軌道時(shí)，只能出現(xiàn)所有可能情況中的一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)。(2)注意直接躍遷與間接躍遷：原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況輻射或吸收光子的頻率不同。(3)注意躍遷與電離：hEnEm只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對(duì)于光子和原子作用使原子電離的情況，則不受此條件的限制。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。素養(yǎng)訓(xùn)練1 氫原子能級(jí)示意圖如

14、圖所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A12.09 eVB10.20 eVC1.89 eVD1.51 eV解析：可見光光子能量范圍為1.63 eV3.10 eV，則氫原子能級(jí)差應(yīng)該在此范圍內(nèi)，可簡(jiǎn)單推算如下：2、1能級(jí)差為10.20 eV，此值大于可見光光子的能量；3、2能級(jí)差為1.89 eV，此值屬于可見光光子的能量范圍，符合題意。氫原子處于基態(tài)，要使氫原子達(dá)到第3能級(jí)，需提供的能量為1.51 eV(13.6 eV)12.09 eV，此值也是提供給氫原子的最少能量，選項(xiàng)A正確。答案：A

15、2如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖。下列有關(guān)氫原子躍遷的說法正確的是 ()A大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子，躍遷時(shí)能輻射出4種頻率的光B氫原子從n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)，輻射出的光子能量為4.91 eVC用能量為10.3 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n2能級(jí)D用n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)解析：大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子，躍遷時(shí)可以選2條高低軌道進(jìn)行躍遷，所以發(fā)出C426種光，A錯(cuò)誤；氫原子從n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)，輻射出的光子能量為EE3E21.51 eV(3.4)eV1.89 eV，B錯(cuò)誤；光子照射發(fā)生躍遷，光子能量必須等于兩能級(jí)能

16、量差，故基態(tài)的氫原子躍遷到n2能級(jí)所需光子能量EE2E13.4 eV(13.6)eV10.2 eV，C錯(cuò)誤；n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光子能量E10.2 eV6.34 eV，故可以發(fā)生光電效應(yīng)，D正確。答案：D一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維(選自魯科版新教材“物理聊吧”)當(dāng)電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道上時(shí)，電子受原子核的作用力怎樣變化？電子的電勢(shì)能怎樣變化？在玻爾的氫原子能級(jí)公式中，為什么原子的能量是負(fù)值？二、注重學(xué)以致用和思維建模1. 為了做好新冠肺炎疫情防控工作，小區(qū)物業(yè)利用紅外測(cè)溫儀對(duì)出入人員進(jìn)行體溫檢測(cè)。紅外測(cè)溫儀的原理是：被測(cè)物體輻射的光線只有紅外線可被捕捉，并轉(zhuǎn)

17、變成電信號(hào)。圖為氫原子能級(jí)示意圖，已知紅外線單個(gè)光子能量的最大值為1.62 eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測(cè)溫儀捕捉，最少應(yīng)給處于n2激發(fā)態(tài)的氫原子提供的能量為 ()A10.20 eVB2.89 eVC2.55 eV D1.89 eV解析：處于n2能級(jí)的原子如果吸收10.20 eV的能量，則會(huì)電離，不會(huì)再發(fā)生躍遷而輻射光子，故A錯(cuò)誤；2.89 eV的能量不等于任意兩個(gè)能級(jí)的能量差，則處于n2能級(jí)的原子不能吸收，故B錯(cuò)誤；處于n2能級(jí)的原子能吸收2.55 eV的能量而躍遷到n4的能級(jí)，然后向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子，其中從n4到n3的躍遷輻射出的光子的能量小于1.62 eV可被紅外測(cè)溫儀捕捉，選項(xiàng)C正確；處于n2能級(jí)的原子能吸收1.89 eV的能量而躍遷到n3的能級(jí)，從n3到低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子的能量均大于1.62 eV，不能被紅外測(cè)溫儀捕捉，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：C2(2021年1月新高考8省聯(lián)考廣東卷)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷產(chǎn)生光子，將頻率相同的光子匯聚可形成激光。下列說法