原子结构.ppt

1、湖北省襄阳市第四中学高三物理选修3-5，第18章原子结构，第18章原子结构，第18.1章电子的发现，19世纪末20世纪初物理学的三大发现(x射线1896，辐射1896，电子1897)，早在1858年，德国物理学家Pluckel在用放电管研究气体放电时就发现了阴极射线。利用真空泵，Pluckel发现当玻璃管中的空气稀薄到一定程度时，管中的放电逐渐消失，然后在阴极对面的玻璃管壁上出现绿色荧光。当施加在管外的磁场改变时，荧光的位置也将改变。可以看出，这种荧光是由阴极发射的射线撞击玻璃管壁产生的。1858年，德国物理学家普鲁克(18011868)发现了玻璃墙上微弱的荧光和玻璃墙上试管中物体的影子。18

2、76年，另一位德国物理学家戈尔茨坦认为，绿光是由阴极产生的一些射线撞击玻璃造成的。戈尔茨坦称这种辐射为阴极射线。对于阴极射线，专家们有两种观点：1 .阴极射线是像x光一样的电磁辐射；(赫兹)，2。阴极射线是带电粒子。你有什么方法解决专家之间的争议吗？想想两件事的不同特征。电子的发现，汤姆逊的伟大发现在JJ汤普孙发现电子之前，人们认为原子是构成物体的最小粒子，不能被分离。汤姆森在对阴极射线和其他现象的研究中发现了电子，从而敲响了原子的大门。汤姆逊如何确定粒子的荷质比？设备如图所示。真空管中阴极K发射的电子(不包括初始速度、重力和电子之间的相互作用)被加速电压加速，然后进入沿中心轴O10方向彼此水

3、平相对的两个平行极板P和P之间的区域。当极板之间没有施加偏转电压时，电子束击中荧光屏的中心点，形成一个亮点。在施加偏转电压U之后，亮点偏离到点O，(O and O点之间的垂直距离是D，水平距离可以忽略不计。此时，在P和P之间的区域中，添加方向垂直于纸张表面的均匀磁场，以调节磁场的强度。当磁感应强度为B时，亮点回到O点。众所周知，板的水平长度为L1，板间距为B，从板的右端到荧光屏的距离为L2(如图所示)(1) (2)推导出电子的比电荷的表达式，计算出的比电荷()大约是当时已知质量最小的氢离子的2000倍。zxk，两种可能性：2 .这个带电粒子的电荷非常大。质量与质子相同，电量是质子的2000倍。

4、这种带电粒子的质量非常小。电量与质子相同，质量是质子的1/2000。电子发现，汤姆逊发现，对于不同的放电气体，或由不同金属材料制成的电极，测量相同的比电荷，然后发现在气体电离和光电效应现象中，带电粒子可以从不同的物体中被击出，这表明它是各种物体的共同成分。随后，汤姆逊直接测量了粒子的电荷，发现粒子的电荷与氢离子的电荷基本相同，表明其质量远小于任何一种分子和原子的质量。到目前为止，汤姆逊完全证实了电子的存在。密立根于1910年通过著名的“油滴实验”对电荷进行了精确测量。密立根油滴实验，密立根油滴实验的示意图，密立根测量了电子的电量，根据特定的载荷，可以精确计算出电子的质量，Me=9.109 38

5、9 710-31 kg，E=1.602 177 3310-19 C，质子质量与电子质量之比，思考和讨论，电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小粒子。一般来说，物质是不带电荷的，所以原子应该是电中性的。然而，如果电子带负电，并且它的质量很小，那么肯定有带正电的部分谁发明了电子？发现电子有什么意义？电子的电量和质量是什么？在阴极射线管中，电子不断从左侧发射。如果带电的直导线AB直接置于电子管下方，并且发现射线轨迹向下偏置，那么：(1)A导线中的电流从A流向B，B导线中的电流从B流向A。为了使电子束轨迹向上偏置，可以认识到D电子束的轨迹与AB、B、C中的电流方向无关一个电子(电荷为e)在被一个

6、电压为U0的电场加速后，进入两个距离为d、电压为u的平行金属板之间。 如果电子从垂直于电场方向的两个板的中间进入，并且正好可以穿过电场，我们可以发现：(1)金属板AB的长度；(2)电子通过电场时的动能；(2)18.2原子的核结构模型；汤姆逊原子模型；汤姆森在19世纪末发现了。由于电子带负电荷，原子是中性的，因此可以推断原子中有带正电荷的物质。那么这两种物质是如何形成原子的呢？汤姆逊原子模型，1。粒子散射实验、卢瑟福的著名粒子散射实验以及粒子散射实验的结果表明，大部分粒子在穿过金箔后仍然基本上沿着原来的方向运动，但是有几个(大约八千分之一)粒子经历了大的角偏转，其中有几个甚至具有大于90的偏转角

7、度，有的甚至几乎达到180。根据汤姆逊模型的计算结果，电子质量很小，不会对粒子的运动方向产生明显的影响；由于正电荷的均匀分布和粒子的小库伦力，粒子的偏转角不会很大，Z1xxk。汤姆逊原子模型有麻烦了。根据汤姆逊模型的计算结果，电子质量很小，不会对粒子的运动方向产生明显的影响；由于正电荷分布均匀，粒子的库伦力也很小，所以粒子的偏转角不会很大。汤姆森的原子模型有麻烦了。原子的核结构：1。在原子的中心有一个小原子核，叫做原子核2。所有的正电荷和几乎所有的原子质量都集中在原子核3中。带负电荷的电子在核外空间围绕原子核旋转。根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部非常“空”。举一个简单的例子：(2)原子核的电

8、荷和尺度；(3)电子绕原子核旋转所需的向心力是检查它的库伦力。根据卢瑟福的原子核模型和粒子散射实验数据，我们可以计算出各种元素原子核的电荷数，并估算出原子核的大小。(1)原子的半径约为10-10米，原子核的半径约为10-15米，两者相差10万倍。(2)原子核中正电荷的数量等于核外电子的数量和元素周期表中这种元素的原子序数。1.在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到，粒子的运动是：(A)，所有粒子在穿过金属箔后仍沿原来的方向运动，大部分粒子在穿过金属箔后仍沿原来的方向运动，少数粒子偏转很大，少数甚至反弹回C，少数粒子在穿过金属箔后仍沿原来的方向运动，而大部分粒子偏转很大。即使被反弹回D，所有的粒

9、子都被大大偏转。b，2。卢瑟福粒子散射实验：()的结果证明了质子的存在。证明原子核是由质子和中子组成的。解释所有的正电荷和几乎所有的原子质量都集中在一个小原子核上。解释原子的电子只能在一些不连续的轨道上运动。c，3。当粒子被重核散射时，如图所示，这是不可能的：()，B，C，18.3氢原子光谱，早在17世纪，牛顿就发现了太阳光穿过棱镜的色散现象，并把实验中获得的色带称为光谱，分光镜，1。光谱，光谱3360可以通过光栅或棱镜根据波长传播各种颜色的光，发射光谱zxk物体发光直接产生的光谱称为发射光谱。包含从红光到紫光的各种颜色的连续光谱称为连续光谱。热固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如，

10、来自白炽灯丝、蜡烛火焰和热钢水的光都形成连续光谱。(1)连续光谱，只包含一些不连续亮线的光谱称为亮线光谱。亮线光谱中的亮线称为光谱线，每条光谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是亮线光谱。开放线光谱是由处于自由状态的原子发射的，所以它也被称为原子光谱。实践证明，不同的原子发出不同的亮线光谱，每个原子只能发出具有自身特征的特定波长的光，因此亮线光谱的谱线也称为原子的特征谱线。(2)开放线光谱(线性光谱)和(3)吸收光谱。当高温物体发出的白光(包括连续分布的所有波长的光)通过该材料时，该材料吸收某些波长的光所产生的光谱称为吸收光谱。各种原子吸收光谱中的每一条暗线都对应着这种原子发射光

11、谱中的一条亮线。这表明低温气体原子吸收的光恰好是这些原子在高温下发出的光。因此，吸收光谱中的暗谱线也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。zxk，光谱，发射光谱，定义：由发光体直接产生的光谱，连续光谱，产生条件：发光的固体，液体和高压气体发光，光谱形式：连续分布，所有波长的光都有线性光谱，(原子光谱)，产生条件：由稀薄气体发光形成的光谱，光谱形式：一些不连续的亮线，吸收光谱，定义：光谱zxk由连续光谱中的物质吸收某些波长的光产生， 产生条件：热白光通过温度低于白光的气体，然后分散，光谱形式：用分光镜观察时，在连续光谱的背景上出现一些暗线(对应特征谱线)，各种光谱的特征和成因：(4)光谱分析，

12、由于每个原子都有自己的，这种方法称为光谱分析。 各种原子的发射光谱都是线性光谱，这意味着原子只发射几种特定频率的光。不同原子亮线的不同位置表明不同原子的发光频率不同，所以这些亮线被称为原子特征谱线。优点：灵敏度高。当样品中一种元素的含量达到10-10g时，就可以检测出来。太阳光谱的发现、科学足迹、光谱和新元素阅读教科书P54。二、氢原子光谱的实验规律。在许多情况下，光是由原子内部的电子运动产生的。因此，光谱研究是探索原子结构的重要途径。玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由运动的正负电荷，因此气体变成导体，导电时会发光。这种装置被称为气体放电管。氢原子的光谱可以从氢放电管中获得

13、。第二，氢原子光谱的实验定律，在巴尔末公式中R=1.10107m-1，R称为里德堡常数。红色、蓝色、紫色、紫色，根据经典理论，电子围绕原子核旋转并加速运动。电子会不断地向周围辐射电磁波，它们的能量会不断地减少，因此它们会逐渐地接近原子核，并最终落入其中。轨道和旋转频率是不断变化的，辐射电磁波的频率也是连续的，所以原子光谱应该是连续的光谱。卢瑟福的核结构模型正确地指出了原子核的存在。粒子散射实验得到了很好的解释。然而，经典物理学不能解释原子的稳定性，也不能解释氢原子光谱的离散特性。3.经典理论中的困难。实验表明原子是相当稳定的1885年10月7日出生于哥本哈根。1.玻尔原子理论的基本假设，1。轨

14、道量子化与稳态假说(1)轨道量子化：玻尔认为，在库伦力的作用下，原子中的电子围绕原子核作圆周运动，遵循经典力学的定律，但电子的轨道半径不是任意的，只有当半径满足一定条件时，即电子的轨道被量子化时，这种轨道才有可能。在这些轨道中，电子围绕原子核的旋转是稳定的，不会产生电磁辐射。(2)能量量子化：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态下具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。这些量化的能量值被称为能级。(3)稳态：原子有一个具有确定能量的稳态，称为稳态。能量最低的状态称为基态，其他状态称为激发态。在zxk，2 (1)的frequEncy条件下，当一个电子从一个能量较高

15、的静止轨道(其能量表示为Em)跃迁到一个能量较低的静止轨道(其能量表示为en)时，它将发射一个能量为h (h是普朗克常数)的光子，其能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn (mn)。这个公式叫做频率条件和辐射条件。(2)当电子吸收光子时，它们将从较低能量状态转换到较高能量状态，并且所吸收的光子的能量也由频率条件决定。氢原子能级图氢原子能级图如图所示。从玻尔的基本假设出发，利用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道和相应的能量。(2)同样，氢原子从高能级矢量数n1的能级跃迁时发出的谱线属于Reimann系统，跃迁到n3的能级时发出的谱线属于Pashing系统，如图所示。

16、关于玻尔的原子模型理论，下面的陈述是正确的：(1)原子可以处于连续的能量状态；硼原子的能态不是连续的；碳原子中的外核电子在核心周围加速；能量必须向外辐射；ZXKKD原子中电子绕核运动的轨道半径是连续的；2.玻尔原子理论的基本假设，下列陈述是正确的：(1)原子A中的电子围绕原子核作圆周运动，而库伦力提供向心力。电子围绕原子核运动的轨道半径只能取一些特定的值，而不是任何原子的能量，包括电子的动能和势能，它们可以取任意的值，而势能只能取一些离散的值。当电子从一个轨道运动到另一个轨道时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子围绕原子核运动的频率。a3。一组处于基态的氢原子吸收某一光子后，辐射出三个频率的光子

17、，然后是123:(a)氢原子吸收的光子能量是h1 B，氢原子吸收的光子能量是h2 C123 Dh1h2h3，ACD，4。大量的氢原子处于不同的能量激发态，跃迁时会发射出三种不同能量的光子。在转变之前，这些原子分布在_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Zxk，2，-1.51，3上。玻尔模型的局限性。玻尔在卢瑟福核结构的基础上将量子思想引入原子结构理论，并提出了稳态和跃迁的概念。他成功地解释和预测了氢原子光谱的实验规律，但在解释复杂原子时遇到了困难。例如，氦原子的光谱现象不能用玻尔的理论来解释。玻尔理论的成功在于它引入了量子概念，但它的不足在于