粤教版高二物理选修3-5第三章原子结构之谜

1、 教学课题原子结构之谜教学目标1 了解历史上对原子认识的研究过程，知道电子发现的过程2知道粒子散射实验的原理，知道原子的核式结构3了解氢原子光谱的不连续性及各个线系4了解原子的能级、跃迁、能量量子化以及基态和激发态等概念5了解原子能量量子化是如何提出来的，理解原子发射与吸收光子的频率和能级差的关系6知道氢原子能级公式，以及能利用能级公式分析一些有关能级的问题7能用原子的能级结构解释氢原子的光谱的不连续性教学重点与难点1了解这节几种实验的实验思想。2理解原子的核式结构。3氢原子的能级结构及量子化的理解。4氢原子光谱的实验规律。教学过程知识梳理知识点一、探索阴极射线11858 年，德国科学家普吕克

2、尔发现了阴极射线在一个抽成真空的玻璃管两端加上高压出现绿色荧光，这种奇妙的射线，称为阴极射线对于阴极射线本质的研究引起了科学家们的普遍关注，对阴极射线的本质有各种猜想21897年，汤姆生采用改进实验装置，根据阴极射线的带电性质，测定了阴极射线的荷质比1.758 81011 C/kg，电子的质量约为氢原子质量的.31910年，密立根著名的“油滴实验”精确测出了电子电荷量e1.61019 C，并根据汤姆生测得的阴极射线比荷确定了电子的质量m9.11031 kg.例题精讲例1、关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）A 阴极射线本质是氢原子B 阴极射线本质是电磁波C阴极射线本质是电子D阴极射线本质

3、是 X 射线知识梳理知识点二、电子的发现汤姆生对阴极射线本质的各种猜想产生了浓厚的兴趣，并设计实验进行研究，通过实验和计算，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知质量最小的氢离子的荷质比大 2 000 倍，经过大量实验研究最后结论是：阴极射线由带负电的粒子组成，且粒子质量比任何一种分子原子质量都小得多，即是电子例题精讲例2、电子的发现说明了()A原子具有复杂的结构 B原子核具有复杂的结构C原子由原子核与电子组成 D原子核由质子和中子组成知识梳理知识点三、粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构19091911年卢瑟福和他的助手做原子核式结构粒子轰击金箔的实验观察到：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，

4、少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90，有的甚至被弹回卢瑟福通过对实验结果进行分析，否定了汤姆生的原子结构模型，提出了核式结构即原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核旋转原子半径大约为1010 m，核半径大约为10151014 m.例题精讲例3、在粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（ ）A粒子先受到原子核的斥力作用，后受到原子核的引力作用B粒子一直受到原子核的斥力作用C粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D粒子一直受到库仑力，速度一直减小知识梳理知识点四、氢原子光谱1原子光谱(1)概念：原

5、子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称之为原子光谱(2)规律：每种原子都有自己特定的原子光谱不同的原子，其原子光谱不同，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”(3)应用：可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素2氢原子的光谱(1)巴耳末系：从氢气放电管可以获得氢原子的光谱，如图所示，在可见光区域内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号H、H、H和H示1885年，巴耳末发现这四条光谱的波长可以用一个很简单的数学公式表示，这个公式叫巴耳末公式氢原子光谱在可见光区域和紫外区的14条谱线满足巴耳末公式 R，n3,4,5，R称为里德伯常量，实验测得R1.09710

6、7 m1，巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系(2)其他公式氢原子光谱在红外区和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的其他公式如莱曼系在紫外区，公式为 R，n2,3,4，(3)广义巴耳末公式氢原子光谱的所有谱线满足广义巴耳末公式 R式中的m和n均为正整数，且nm.3注意(1)在氢原子光谱图中的可见光区内，随着波长的逐渐减小，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性(2)巴耳末线系中的n值越大，对应的波长越短(3)巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光例题精

7、讲例4、下列说法不正确的是()A巴耳末线系光谱线的条数只有4条B巴耳末线系光谱线有无数多条C当电子从n大于2的轨道跃迁到n等于2的轨道时，所得到的谱线都属于巴耳末线系D巴耳末线系在可见光范围内只有4条解析：由巴耳末公式知当电子从n大于2的轨道跃迁到n等于2的轨道时，所得到的谱线都属于巴耳末线系，所得到的线系可以有无数条但在可见光区域只有4条光谱线故正确的是B、C、D.答案：A知识梳理知识点五、原子的能级结构1原子的能级结构猜想(1)原子的能量电子绕原子核运动时具有动能，它与原子核之间具有相互作用，因此电子原子核这个系统也具有势能，两者之和为原子的能量(2)原子的能级由于氢原子光谱是分立的，因此

8、我们猜想原子内部的能量也是不连续的，我们把原子内部不连续的能量称为原子的能级2氢原子的能级(1)玻尔的能级假设：氢原子能级满足：En，n1,2,3，式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n为正整数，也叫能量量子数(2)基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n1)，这个最低能级状态称为基态氢原子在基态的能量为13.6 eV.(3)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级，较高能级对应的状态称为激发态(4)氢原子的能级图3注意(1)若使原子电离，外界必须对原子做功输入能量，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高我们把原子电

9、离后的能量记为0，即选取电子离核无穷远处即电子和原子核间无作用力时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值均为负值(2)轨道与能量：对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，轨道半径越大，即n值越大，氢原子能量越高例题精讲例5、氢原子的基态能量为E1，如图所示，四个能级图正确代表氢原子能级的是() 解析：由玻尔能级假设可知，选项C对答案：C知识梳理知识点六、原子的能级跃迁1原子的能级跃迁的概念跃迁是指电子从一个能级变化到另一个能级的过程，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)2能级跃迁的频率条件(1)处于高

10、能级的原子会自发地向低能级跃迁，并且在这过程中辐射光子hEmEn.Em、En分别为原子跃迁前后的能级(2)反之，原子吸收了特定频率的光子或者通过其他途径获得能量时便可以从低能级向高能级跃迁，同样也遵循上面的规律3跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化：(1)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，由于辐射光子原子能量减小(2)轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大4使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n1时能量不足，

11、则可激发到n能级的问题但当光子能量E13.6 eV，氢原子能够吸收光子使电子电离，且电子具有动能(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEnEk)，均可使原子发生能级跃迁5原子跃迁时需注意的几个问题：(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现(2)注意直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量

12、状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁两种情况的辐射(或吸收)光子的频率数不同.(3)注意跃迁与电离的区别：跃迁是指核外电子从一个能量轨道变化到另一个能量轨道，而电离则是核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子例题精讲例六、氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为V1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为V2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A吸收光子的能量为h1h2B辐射光子的能量为h1h2C吸收光子的能量为h2h1D辐射光子的能量为h2h1解析：氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，Em-En=h1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光Ek-

13、En=h2，则从能级k跃迁到能级m有Ek-Em=（Ek-En）-（Em-En）=h2-h1，因红光的能量小于紫光的能量，故能量降低辐射光子；故选D巩固训练1 如图所示是电子射线管示意图接通电源后，电子射线由阴极沿 x 轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下(z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是（ ）A加一磁场，磁场方向沿 z 轴负方向B加一磁场，磁场方向沿 y 轴正方向C加一电场，电场方向沿 z 轴负方向D加一电场，电场方向沿 y 轴正方向2 (双选)如图所示，为粒子散射实验的示意图，A 点为某粒子运动中离原子核最近的位置，则该粒子在 A 点图，具有（ ）A最大的速度

14、 B最大的加速度C最大的动能 D最大的电势能3. ( 双选) 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（ ）A原子的中心有个核，叫做原子核B原子的正电荷均匀分布在整个原子中C原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D带负电的电子镶嵌在原子核里4下列氢原子的线系中对波长最短波进行比较，其值最小的是()A巴耳末系 B莱曼系 C帕邢系 D布喇开系5下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是()A原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量B原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D原子的每一个

15、能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的6用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线，且321，则_(填入正确选项前的字母)A0v1，而氢原子从能级C跃迁到能级B时，则A释放频率为v2v1的光子 B释放频率为v2v1的光子C吸收频率为v2v1的光子 D吸收频率为v2v1的光子10图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有()A2种 B3种C4种 D5种11(双选)氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生的情况是()A放出光子，电子动能减少，原子的能量增加B放出光子，电子动能增加，原子的能量减少C吸收光子，电子动能减少，原子的能量增加D吸收光子，电子动能增加，原子的能量减少12.如图所示为氢原子的能级图用大量能量为12.75 eV的光子照射一群