《原子的結(jié)構(gòu)》講義

《原子的結(jié)構(gòu)》講義第一講原子的結(jié)構(gòu)知識(shí)梳理▼一、原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程1、湯姆孫的“棗糕模型”在19世紀(jì)末，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。他提出原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子像棗糕里的棗子一樣鑲嵌在其中。這是最早的原子結(jié)構(gòu)模型。2、盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)裝置：用α粒子（氦核）去轟擊金箔。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°。核式結(jié)構(gòu)模型：盧瑟福根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，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)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。這里的重點(diǎn)是理解α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及如何根據(jù)這些現(xiàn)象得出核式結(jié)構(gòu)模型。難點(diǎn)在于對(duì)原子內(nèi)部這種微觀結(jié)構(gòu)的想象和理解。我們可以把原子想象成一個(gè)大操場(chǎng)，原子核就像操場(chǎng)中間的一顆小石子，而電子就像在操場(chǎng)邊緣繞著小石子運(yùn)動(dòng)的小螞蟻。二、原子核的電荷與尺度1、原子核的電荷數(shù)原子核所帶的電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，這個(gè)電荷數(shù)我們稱(chēng)為原子序數(shù)，用Z表示。2、原子核的尺度原子核的半徑數(shù)量級(jí)為1015m，而原子的半徑數(shù)量級(jí)約為1010m。這就好比原子核是一顆小芝麻，而原子則是一個(gè)大西瓜。三、氫原子光譜1、光譜光是一種電磁波，不同顏色的光對(duì)應(yīng)著不同的頻率或波長(zhǎng)。當(dāng)光通過(guò)三棱鏡等分光儀器時(shí)，會(huì)分解成不同顏色的光帶，這個(gè)光帶就叫光譜。光譜分為連續(xù)光譜和線狀光譜。連續(xù)光譜是包含各種波長(zhǎng)的光，沒(méi)有明顯的分界線；線狀光譜是由一條條離散的譜線組成的。2、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)域有四條比較明顯的譜線，分別用Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示。這些譜線的波長(zhǎng)滿(mǎn)足一定的規(guī)律。巴爾末公式：1/λ＝R(1/221/n2)，其中λ是波長(zhǎng)，R是里德伯常量，n＝3,4,5,6等整數(shù)。這個(gè)公式描述了氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)域的譜線規(guī)律。這里的重點(diǎn)是理解氫原子光譜的特點(diǎn)和巴爾末公式的意義。難點(diǎn)在于理解這個(gè)公式是怎么得來(lái)的以及如何用它來(lái)計(jì)算譜線的波長(zhǎng)。我們可以把氫原子想象成一個(gè)小樂(lè)隊(duì)，每個(gè)譜線就像樂(lè)隊(duì)演奏出來(lái)的不同音符，而巴爾末公式就是這個(gè)小樂(lè)隊(duì)演奏的樂(lè)譜規(guī)則。四、玻爾的原子模型1、玻爾原子模型的基本假設(shè)定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E?）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為E?）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，即hν＝E?E?，其中h是普朗克常量，ν是光子的頻率。軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。2、玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋根據(jù)玻爾理論，氫原子的能量是量子化的。當(dāng)氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，就會(huì)輻射出光子，光子的能量等于兩個(gè)能級(jí)的能量差。這樣就可以解釋氫原子光譜的線狀光譜特征了。這里的重點(diǎn)是理解玻爾的三個(gè)假設(shè)以及如何用這些假設(shè)來(lái)解釋氫原子光譜。難點(diǎn)在于理解量子化的概念，這是比較抽象的。我們可以把原子的定態(tài)想象成樓層，電子只能在特定的樓層（定態(tài)）上，當(dāng)它從高層樓跳到低層樓時(shí)，就會(huì)放出一定能量的“小包裹”（光子）。經(jīng)典例題▼1、在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上B.正電荷在原子中是均勻分布的C.原子中存在著帶負(fù)電的電子D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中答案：A2、氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過(guò)程中（）A.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能增大B.原子要放出光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能減小C.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小D.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大答案：D3、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(dòng)能減小B.原子的能量增加，電子的動(dòng)能增加C.原子的能量減小，電子的動(dòng)能減小D.原子的能量減小，電子的動(dòng)能增加答案：D互動(dòng)環(huán)節(jié)：同學(xué)們，我們剛剛講了原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程，那大家能不能自己說(shuō)說(shuō)湯姆孫的“棗糕模型