2010届高考物理原子结构复习PPT课件

1、高中物理新人教版 选修- 5系列课件 第十八章 原子结构 18.1电子的发现 教学目标教学目标 1、知识与技能、知识与技能 （1）了解阴极射线及电子发现的过程； （2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推 导。 2、过程与方法：、过程与方法：培养学生对问题的分析和解决能力，初 步了解原子不是最小不可分割的粒子。 3、情感、态度与价值观：、情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究 经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过 程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍， 发现新的事实，再建立新的学说。人类就是这样通过光的 行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。 教学重

2、点：教学重点：阴极射线的研究。 教学难点：教学难点：汤姆孙发现电子的理论推导。 教学方法：教学方法：实验演示和启发式综合教学法。 教学用具：教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。 19世纪是电磁学大发展的时期世纪是电磁学大发展的时期, 到七、八到七、八 十年代电气工业开始有了发展十年代电气工业开始有了发展, 其中电气照明其中电气照明 也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气 体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体 发电现象有关的问题。发电现象有关的问题。 阴极射线阴极射线是低压气体放电过程中出现的是低压气体放电过

3、程中出现的 一种奇特现象，德国物理学家一种奇特现象，德国物理学家J.普吕克尔在普吕克尔在 1858年利用低压气体放电管研究气体放电时年利用低压气体放电管研究气体放电时 发现的发现的 .从低压气体放电管阴极发出一种射线。从低压气体放电管阴极发出一种射线。 阴极射线阴极射线 对其本性对其本性 的研究形成了的研究形成了 英国英国学派的微学派的微 粒说和粒说和德国德国学学 派的以太说。派的以太说。 1876年，戈年，戈 德斯坦的研究。德斯坦的研究。 阴极射线阴极射线 对其本性的研究导致了对其本性的研究导致了英国英国学派的微粒说和学派的微粒说和德德 国国学派的以太。学派的以太。 粒子和电磁波有什么区别？

4、粒子和电磁波有什么区别？ 实验实验 实验该怎么做？实验该怎么做？ J.J.汤姆孙对阴极射线汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验进行了一系列的实验 研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自1890年年 起开始研究。起开始研究。 M N 气体放电管气体放电管 - - + + 进一步做实验：确定荷质比进一步做实验：确定荷质比 经检验为经检验为负电荷负电荷 M N 一个质量为一个质量为m,m,电量为电量为e e的带电粒子的带电粒子, ,以速度以速度v v垂直进垂直进 入磁场入磁场B B中中, , 2 v mevB r 在平行板在平行板MNMN间产生竖直向上的电场间产生竖直

5、向上的电场E,E,在垂直电场向在垂直电场向 外的方向上加一磁场外的方向上加一磁场B,B,适当地调节电场和磁场的强适当地调节电场和磁场的强 度度, ,可以测出速度大小可以测出速度大小V=V= E/B rB E m q 2 + + - - 18971897年得到实验结果：年得到实验结果： 荷质比约为质子的荷质比约为质子的20002000倍倍 实验结果实验结果：荷质比约为质子的：荷质比约为质子的20002000倍倍 进一步分析进一步分析实验结果：是电荷比实验结果：是电荷比 质子大？还是质量比质子小？（测量）质子大？还是质量比质子小？（测量） 进一步拓展研究对象：用不同的材进一步拓展研究对象：用不同的

6、材 料做阴极做实验，光电效应、热离子发料做阴极做实验，光电效应、热离子发 射效应、射线（研究对象射效应、射线（研究对象普遍化普遍化）。）。 实验结论实验结论：电子是原子的组成部分，：电子是原子的组成部分， 是比原子跟基本的物质单元。是比原子跟基本的物质单元。 美国科学家美国科学家密立根密立根又精确地测定了电子的又精确地测定了电子的 电量：电量： e=1.6022e=1.60221010 1919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质根据荷质比，可以精确地计算出电子的质 量为：量为： m=9.1094m=9.10941010 3131 kg kg 回顾：回顾： 公元前公元前5世纪，希腊哲

7、学家世纪，希腊哲学家德谟克利特德谟克利特等人等人 认为认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，：万物是由大量的不可分割的微粒构成的， 即原子。即原子。 19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原 子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心 球体球体,物质由原子组成物质由原子组成,原子不能被创造原子不能被创造,也不能被也不能被 毁灭毁灭,在化学变化中在化学变化中原子不可分割原子不可分割,他们的性质在他们的性质在 化学反应中保持不变。化学反应中保持不变。 电子的发现具有伟大的意义，因为这一事电子的发现具有伟大的意义，因为这一事

8、 件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。 电子的发现打开了通向原子物理学的大门电子的发现打开了通向原子物理学的大门 ,人们人们 开始研究原子的结构开始研究原子的结构 . 他被科学界誉为他被科学界誉为“一位最先打开通向基本一位最先打开通向基本 粒子物理学大门的伟人粒子物理学大门的伟人” J.J.汤姆生对电子的研究过程和方法汤姆生对电子的研究过程和方法 定性研究：定性研究： J.J.汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转 实验，他进一步提高了真空度，并且减小极实验，他进一步提高了真空度，并且减小极 间电压，以防止气体电离，终于获得

9、了稳定间电压，以防止气体电离，终于获得了稳定 的静电偏转。得出阴极射线带负电。的静电偏转。得出阴极射线带负电。 定量研究定量研究 ： 计算出阴极射线的荷质比计算出阴极射线的荷质比e/m。 普遍性证明普遍性证明 习题习题1 1：如图，在两平行板间有平行的均匀电如图，在两平行板间有平行的均匀电 场场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， OO=LOO=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轴向上，轴向上，x x轴垂直纸面向外，一束速度轴垂直纸面向外，一束速度、荷荷 质比相同的粒子沿质比相同的粒子沿OOOO方

10、向从方向从OO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的方向？的方向？ （3 3）粒子的荷质比？）粒子的荷质比？ 3 , 36 L L OOO O M M N N 思考与研讨思考与研讨 习题习题2 2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A A 为发射热电子的阴极，为发射热电子的阴极，K K为接在高电势点的加速阳极，为接在高电势点的加速阳极， A A、K K间电压为间电压为U U。电子离开阴极是速度可以忽略，电。电子离开阴极是速度可以忽略，电 子经加速后从子经加速后

11、从K K的小孔中射出时的速度大小为的小孔中射出时的速度大小为v v，下面，下面 说法正确的是：说法正确的是：( ) ( ) A A、如果、如果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、不变，则离开时速 率变为率变为2v 2v B B、如果、如果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、不变，则离开时速 率变为率变为v/2 v/2 C C、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离开时速率减半，则离开时速率 变为变为2v 2v D D、如果、如果A A、K K间距离不变，电压间距离不变，电压U U减半，则离

12、开时速率减半，则离开时速率 变为变为0.707v0.707v A A K K U U 18.2原子的核式 结构模型 教学目标教学目标 1、知识与技能、知识与技能 （1）了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据； （2）知道粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型 的主要内容。 2、过程与方法、过程与方法 （1）通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析 中归纳中得出结论的逻辑推理能力； （2）通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法， 理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用； （3）了解研究微观现象。 3、情感、态度与价值观、情感、态度

13、与价值观 （1）通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的 科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神； （2）通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世 界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对 科学发展的重要意义。 教学重点：教学重点： （1）引导学生自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果 分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构； （2）在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透 三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞 方法。 教学难点：教学难点： 引导学生小组自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分 析从而否定葡萄

14、干布丁模型，得出原子的核式结构 教学方法：教学方法： 教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备。 十九世纪末，汤姆生发现了电子，十九世纪末，汤姆生发现了电子， 并知道电子是原子的组成部分由并知道电子是原子的组成部分由 于电子是带负电的，而原子又是中于电子是带负电的，而原子又是中 性的，因此推断出原子中还有带正性的，因此推断出原子中还有带正 电的物质那么这两种物质是怎样电的物质那么这两种物质是怎样 构成原子的呢？构成原子的呢？ 电子 正电荷 在汤姆生的原在汤姆生的原 子模型中，原子是子模型中，原子是 一个球体；正电核一个球体；正电核 均匀分布在整个球均匀

15、分布在整个球 内，而电子都象布内，而电子都象布 丁中的葡萄干那样丁中的葡萄干那样 镶嵌在内。镶嵌在内。 1909 190919111911年，英国物年，英国物 理学家卢瑟福和他的助理学家卢瑟福和他的助 手们进行了手们进行了 粒子散射粒子散射 实验实验 卢卢 瑟瑟 福福 著名的著名的 粒子散射实验粒子散射实验 著名的著名的 粒子散射实验粒子散射实验 粒子散射实验的结果粒子散射实验的结果 绝大多数绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原粒子穿过金箔后仍沿原 来的方向前进，但少数来的方向前进，但少数 粒子发生粒子发生 了较大的偏转，并且有极少数了较大的偏转，并且有极少数 粒粒 子的偏转超过了子的偏转超过了90

16、，有的甚至几，有的甚至几 乎达到乎达到180。 葡萄干布丁模型能否解释？ 根据汤姆生模型计算的结果：根据汤姆生模型计算的结果： 电子质量很小，对电子质量很小，对 粒子的运动方粒子的运动方 向不会发生明显影响；由于正电荷向不会发生明显影响；由于正电荷 均匀分布，均匀分布， 粒子所受库仑力也很粒子所受库仑力也很 小，故小，故 粒子偏转角度不会很大粒子偏转角度不会很大 原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里子核里 带负电的电子在核外

17、空间绕着核旋转带负电的电子在核外空间绕着核旋转 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内根据卢瑟福的原子结构模型，原子内 部是十分部是十分“空旷空旷”的，举一个简单的例子：的，举一个简单的例子： 体育场 原子 原子核 原子核的电荷和大小原子核的电荷和大小 根据卢瑟福的原子核式模型和根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验粒子散射的实验 数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数， 还可以估计出原子核的大小。还可以估计出原子核的大小。 （1）原子的半径约为）原子的半径约为10-10米、原子核半径约是米、原子核半径约是 10-14米，原子核的体积只占原子的体积的万亿米，

18、原子核的体积只占原子的体积的万亿 分之一。分之一。 （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 元素在周期表内的原子序数相等。元素在周期表内的原子序数相等。 （3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库 仑力。仑力。 【反馈练习】 1、在用、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察 到的到的粒子的运动情况是粒子的运动情况是 A、全部、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前 进进 B、绝大多数、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方粒子穿过金属箔后仍按原来的方 向前进

19、，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回向前进，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的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前 进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回进，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 2、卢瑟福、卢瑟福粒子散射实验的结果粒子散射实验的结果 A、证明了质子的存在、证明了质子的存在 B、证明了原子核是由质子和中子组成的、证明了原子核是由质子和中子组成的 C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都 集中在一个很小的核上集中在一个很小的核上 D、说明

20、原子的电子只能在某些不连续的轨道、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道 上运动上运动 答案：答案：C 3、当、当粒子被重核散射时，如图所示的运动粒子被重核散射时，如图所示的运动 轨迹哪些是不可能存在的轨迹哪些是不可能存在的 答案：答案：BC 18.3氢原子光谱 教学目标教学目标 1、知识与技能、知识与技能 （1）了解光谱的定义和分类； （2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； （3）了解经典原子理论的困难。 2、过程与方法：、过程与方法：通过本节的学习，感受科学发展与进步 的坎坷。 3、情感、态度与价值观：、情感、态度与价值观：培养我们探究科学、认识科学 的能力，提高自主学习的意识。 教

21、学重点：教学重点：氢原子光谱的实验规律。 教学难点：教学难点：经典理论的困难。 教学方法：教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。 早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光世纪，牛顿就发现了日光 通过三棱镜后的色散现象，并把通过三棱镜后的色散现象，并把 实验中得到的实验中得到的彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱 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电磁辐射（不论是在可见光区域还 是在不可见光区域）的波长成分和强度分是在不可见光区域）的波长成分和强度分 布的记录。有时只是波长成分的记录。布的记录。有时只是波长成分的记录。 发

22、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明线光 谱谱。 1.1.发射光谱发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光发射光 谱。谱。 平行光管 标度管 三棱镜 观察管 分光镜分光镜 分光镜原理分析 标度管 （1）连续光谱）连续光谱 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、例如白炽灯丝发出的光、烛焰、 炽热的钢水发出的光都形成连续炽热的钢水发出的光都形成连续 光谱光谱。 炽热的固体、液体及高压气体炽热的固体、液体及高压气体的光谱，的光谱， 是由是由连续连续分布的一切波长的光组成的，这分布的一切波长的光组成的，这 种光谱叫做种光谱叫做连续光谱连续光谱。 2）明线

23、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的亮线不连续的亮线的光谱叫的光谱叫 做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不 同波长的光。同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光是明线光 谱。明线光谱是谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的由游离状态的原子发射的，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 各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线明线 光谱的谱线也叫原子的特征谱线。光谱的谱线也叫原子的特征谱

24、线。 吸吸 收收 光光 谱谱 钠蒸气 光谱中产生的一组暗线，每条光谱中产生的一组暗线，每条 暗线的波长都跟那种气体原子暗线的波长都跟那种气体原子 的特征谱线相对应。的特征谱线相对应。 （3）吸收光谱）吸收光谱 高温物体发出的白光（其中包含连续分布高温物体发出的白光（其中包含连续分布 的一切波长的光）通过物质时，的一切波长的光）通过物质时，某些波长的某些波长的 光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。 这表明，这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是低温气体原子吸收的光，恰好就是 这种原子在高温时发出的光。这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱因此吸收光谱 中

25、的暗谱线与中的暗谱线与明线相对应明线相对应，也是原子的特征，也是原子的特征 谱线。谱线。太阳的光谱是吸收光谱。太阳的光谱是吸收光谱。 各种光谱各种光谱 连续光谱连续光谱 H的发射光的发射光 谱谱 钠的发射钠的发射 光谱光谱 钠的吸收钠的吸收 光谱光谱 太阳的吸太阳的吸 收光谱收光谱 光光 谱 谱 发射光谱发射光谱 定义：由发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱 连续光谱连续光谱 产生条件：产生条件：炽热的固体、液体炽热的固体、液体和和高压气体高压气体发发 光形成的光形成的 光谱的形式：光谱的形式：连续连续分布，一切波长的光都有分布，一切波长的光都有 线状光谱线状光谱 （原子光谱）（原

26、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的光谱形成的光谱 光谱形式：一些光谱形式：一些不连续的明线不连续的明线组成，不同组成，不同 元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）元素的明线光谱不同（又叫特征光谱） 吸收光谱吸收光谱 定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 光谱光谱 产生条件：产生条件：炽热的白光通过温度较白光低炽热的白光通过温度较白光低的气体后，的气体后， 再再色散色散形成的形成的 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

27、相对应）相对应） 各种光谱的特点及成因： （4）光谱分析）光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以 根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种 方法叫做光谱分析。方法叫做光谱分析。 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不原子光谱的不连续性反映出原子结构的不 连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的 结构。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 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 二、氢原子光谱二、氢原

28、子光谱 22 1 111 ()3,4,5,. 2 Rn n m 7 巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量 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的矛盾的矛盾 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变化辐射电磁波频率连续变化 事实上事实上：原子是稳定的原子是稳定的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的规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。 氢 气 的 吸 收 光 谱 氢气 返 回 18.4玻尔的原子模型 教学目标教学目标 1、知

29、识与技能、知识与技能 （1）了解玻尔原子理论的主要内容； （2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的 概念。 2、过程与方法：、过程与方法：通过玻尔理论的学习，进一步了 解氢光谱的产生。 3、情感、态度与价值观：、情感、态度与价值观：培养我们对科学的探究 精神，养成独立自主、勇于创新的精神。 教学重点：教学重点：玻尔原子理论的基本假设。 教学难点：教学难点：玻尔理论对氢光谱的解释。 教学方法：教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 一、玻尔原子理论的基本假设： 1、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连 续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的

30、，电子续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子 虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定 态。（本假设是针对原子稳定性提出的） 2、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E初初）跃迁）跃迁 到另一种定态（到另一种定态（设能量为设能量为E终终）时，它辐射（或吸收）时，它辐射（或吸收） 一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差 决定，即决定，即 （本假设针对线状（本假设针对线状 谱提出）谱提出） E初 E终 h v 3 3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟

31、电子沿不、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不 同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的， 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原子因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原子 核式模型提出，是能级假设的补充）核式模型提出，是能级假设的补充） 二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿 力学计算出氢原子的电子的各条可能 轨道半径和电子在各条轨道上运动时 的能量（包括动能和势能）公式： rn=n r1 2 轨道半径：轨道半径：（n=1,2,3) 能能 量：量： En n2 1 E1（n=1,2,3) 式中式中r r1 1、E E1

32、 1、分别代表第一条（即离核最近、分别代表第一条（即离核最近 的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时 的能量，的能量，r rn n、E En n 分别代表第分别代表第n n条可能轨道的半径和条可能轨道的半径和 电子在第电子在第n n条轨道上运动时的能量，条轨道上运动时的能量，n n是正整数，是正整数， 叫叫量子数量子数。( (能量级模拟演示）能量级模拟演示） 三、氢原子的能级图（演示） -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 eV nE/eV 氢原子的能级图氢原子的能级图 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 1、能级：氢原子的各个定态的

33、能量值，叫它的能 级。 2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这 时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级， 叫做激发态。 4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的 激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个 能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。 四、能级： 夫兰克夫兰克赫兹实验的历史背景及意义：赫兹实验的历史背景及意义： 19111911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核粒子散射实验，提出了原子核 式结构模型。式结构模型。19131913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子年，玻尔将普朗克量子假说运用到

34、原子 核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念： 原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴 随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所 处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光 谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都 必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在必须得到至少两种独立的实验方法的验

35、证。随后，在19141914 年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气 体中原子碰撞的方法体中原子碰撞的方法( (与光谱研究相独立与光谱研究相独立) )，简单而巧妙地，简单而巧妙地 直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了 有力的证据。有力的证据。 1925 1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当 年的诺贝尔物理学奖（年的诺贝尔物理学奖（19261926年于德国洛丁根补发）。年于德国洛丁根补发）。 夫兰克夫兰克- -赫兹实验至今仍

36、是探索原子内部结构的主要赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要 手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传 统的经典实验。统的经典实验。 (JAMES FRANCK) (GUSTAV HERTZ) 夫兰克夫兰克赫兹实验的理论基础赫兹实验的理论基础 根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续 的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值 Ei(i=1,2,3)Ei(i=1,2,3)，这些能量值称为能级。最低能级所对，这些能量值称为能级。最低能级所对

37、应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。 当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就 会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子 所处两定态能级间的能量差。所处两定态能级间的能量差。 mn EEhv (h为普朗克常数) 本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现， 并满足能量选择定则： mn EEeV(为激发电位为激发电位) 夫兰克夫兰克- -赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实 验用的

38、是汞。电子由阴级验用的是汞。电子由阴级K K发出，发出，K K与栅极与栅极G G之间有加速之间有加速 电场，电场，G G与接收极与接收极A A之间有减速电场。当电子在之间有减速电场。当电子在KGKG空间经空间经 过加速、碰撞后，进入过加速、碰撞后，进入KGKG空间时，能量足以冲过减速电空间时，能量足以冲过减速电 场，就成为电流计的电流。场，就成为电流计的电流。 实验原理：实验原理： 改进的夫兰克改进的夫兰克- -赫兹赫兹 管的基本结构见右图。电管的基本结构见右图。电 子由阴极子由阴极K K发出，阴极发出，阴极K K和和 第一栅极第一栅极G1G1之间的加速电之间的加速电 压压VGVG1 1K K及与第二栅极及与第二栅极G G2 2之之 间的加速电压间的加速电压VGVG2 2K K使电子使电子 加速。在板极加速。在板极A