2022-2023學(xué)年粵教版（2019）選擇性必修第三冊(cè) 5.1原子的結(jié)構(gòu) 課件（40張PPT）

原子的結(jié)構(gòu)學(xué)科：物理年級(jí)：高二教材版本：粵教版--深大附中物理組電子的發(fā)現(xiàn)——陰極射線德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾在1858年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所述現(xiàn)象。1876年，德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為熒光是由于玻璃受到某種射線撞擊引起，并將該射線命名為陰極射線。

電子的發(fā)現(xiàn)——誰(shuí)正確對(duì)這種射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它是一種電磁輻射；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它是帶電微粒。陰極射線CathoderayJ.J湯姆孫J.JThomson1857～1940英國(guó)赫茲H.RudolfHertz1857～1894德國(guó)認(rèn)為陰極射線是一種“電磁波”認(rèn)為陰極射線是一種“高速粒子流”PK電子的發(fā)現(xiàn)1.如果你站邊赫茲，你要怎么證明你的想法？2.如果你站邊J.J.湯姆孫，你要怎么證明你的想法？電子的發(fā)現(xiàn)——J.J.湯姆孫的證據(jù)kABD2P2p1p3D1+_+_氣體放電管示意圖由此推斷，陰極射線帶__________電荷負(fù)可以測(cè)定該電荷的相關(guān)參數(shù)么？電子的發(fā)現(xiàn)——J.J.湯姆孫的證據(jù).........

..................B速度選擇器VqEqVBE＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－電子的發(fā)現(xiàn)——J.J.湯姆孫的證據(jù)

1、若平行板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E,在垂直電場(chǎng)方向上加一個(gè)磁場(chǎng),可以讓粒子在D1D2間做勻速直線運(yùn)動(dòng)2、撤去電場(chǎng),以速度v垂直進(jìn)入磁場(chǎng)B中的粒子,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)1897年得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果：荷質(zhì)比約為氫離子的2000倍可以測(cè)出速度大小v+-①②eE=evB聯(lián)立解得電子的發(fā)現(xiàn)——J.J.湯姆孫的證據(jù)湯姆孫還發(fā)現(xiàn)用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)荷質(zhì)比數(shù)值都相同。這說明什么？這種帶電粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)：確定電荷量和質(zhì)量粒子的電荷量與氫離子的大致相同，質(zhì)量比氫原子小很多這種組成陰極射線的帶電粒子被稱為電子密立根油滴實(shí)驗(yàn)：使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡e=1.6×10－19C電子的發(fā)現(xiàn)——赫茲的實(shí)驗(yàn)1.歷史上，赫茲在研究過程中也采用湯姆孫的方式，垂直于射線施加電場(chǎng)，但并沒有看到偏轉(zhuǎn)。你覺得可能的原因是什么？2.歷史上，赫茲發(fā)現(xiàn)該射線可以像光一樣穿過薄鋁片，因此赫茲認(rèn)為陰極射線是一種波。有沒有其它可能？湯姆孫的思考

電子是原子的組成部分，由于電子是帶負(fù)電的，而原子又是中性的，因此推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)，幾乎占有原子的全部質(zhì)量。

me=9.109×10-31Kge=1.602×10-19C

思考：那么，這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？原子的結(jié)構(gòu)原子是一個(gè)球體，里面充滿了均勻分布的帶正電的流體，電子鑲嵌在正電荷液體中，就象棗點(diǎn)綴在一塊蛋糕里一樣，所以又被人們稱為“棗糕模型”。電子等間隔地排列在與正電球同心的圓周上，并以一定的速度做圓周運(yùn)動(dòng)從而發(fā)出電磁輻射，原子光譜所反映的就是這些電子的輻射頻率。1909年湯姆孫的學(xué)生盧瑟福建議其學(xué)生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗(yàn)證湯姆孫原子模型。結(jié)果。。。。。α粒子散射實(shí)驗(yàn)放射源——放射性元素放出α粒子，α粒子是氦核，帶2e正電荷，質(zhì)量是氫原子的4倍，具有較大的動(dòng)能。金箔——作為靶子，厚度1μm,重疊了3000層左右的金原子。熒光屏——α粒子打在上面發(fā)出閃光。顯微鏡——通過顯微鏡觀察閃光，且可360°轉(zhuǎn)動(dòng)觀察不同角度α粒子的到達(dá)情況。α粒子散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子（約占8000分之一）發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°，有的甚至幾乎被撞了回來。α粒子散射實(shí)驗(yàn)盧瑟福根據(jù)他的導(dǎo)師湯姆生模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布，α粒子所受庫(kù)侖力也很小，散射角不超過零點(diǎn)幾度，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的幾率幾乎是零．實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是有八千分之一的粒子發(fā)生了大角度轉(zhuǎn)?。。?shí)驗(yàn)結(jié)果與之前預(yù)測(cè)完全不一致，所以原子結(jié)構(gòu)模型必須重新構(gòu)思!

α粒子散射實(shí)驗(yàn)原子核式結(jié)構(gòu)原子尺寸？原子核尺寸？在盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學(xué)生和助手有多人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金：1921年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1922年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1922年，盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1935年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1943年，盧瑟福的助手赫維西獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1944年，盧瑟福的助手哈恩獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1951年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)；1978年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。還有狄拉克和貝特直接受他影響獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

桃李滿天下原子結(jié)構(gòu)α粒子散射的實(shí)驗(yàn)使我們知道原子具有核式結(jié)構(gòu),但電子在核的周圍怎樣運(yùn)動(dòng)?它的能量怎樣變化?這些還要結(jié)合其他事實(shí)認(rèn)識(shí).氫原子光譜

早在17世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫做光譜。氫原子光譜1.發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。氫原子光譜①連續(xù)光譜

A由波長(zhǎng)連續(xù)分布的光組成的連在一起的光帶叫連續(xù)光譜。

特點(diǎn)：光譜看起來不是一條條分立的譜線，而是連在一起的光帶。B熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。

例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。氫原子光譜②線狀光譜A只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做線狀光譜。線狀光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的光。B稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。C

各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜。氫原子光譜各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。氫原子光譜

高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光）通過物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。2吸收光譜氫原子光譜氫原子光譜氫原子光譜氫原子光譜為什么是這樣的？

按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)去推斷，在軌道上運(yùn)動(dòng)的電子帶有電荷，運(yùn)動(dòng)中要輻射電磁波，電子損失了能量，其軌道半徑不斷縮小，最終落在原子核上．由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率也會(huì)連續(xù)變化．事實(shí)上，原子是穩(wěn)定的，輻射電磁波的頻率也只是某些確定的值．原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)+分立軌道假說1:軌道量子化圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。且電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)+m

rv原子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)．波爾指出，原子的不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。假說2:能量量子化量子數(shù)——基態(tài)Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５能級(jí)圖原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷（電子克服庫(kù)侖引力做功增大電勢(shì)能，原子的能量增加）吸收光子（電子所受庫(kù)侖力做正功減小電勢(shì)能，原子的能量減少）輻射光子光子的發(fā)射和吸收原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)+n

EmEn假說3:頻率條件（躍遷假說）當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為Ｅm）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Ｅn，m>n）時(shí)，會(huì)放出能量為hν的光子（h是普朗克常量），這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能量差決定，即hν＝Ｅm-Ｅn稱為頻率條件，又稱輻射條件假說3:頻率條件（躍遷假說）當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為Ｅm）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Ｅn，m>n）時(shí)，會(huì)放出能量為hν的光子（h是普朗克常量），這個(gè)光子