1、第2节 原子结构 玻尔理论,-2-,基础夯实,自我诊断,一、原子结构 1.电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子 ,提出了原子的“枣糕模型”。 2.原子的核式结构 (1)19091911年,英籍物理学家卢瑟福 进行了粒子散射实验,提出了核式结构模型。,-3-,基础夯实,自我诊断,(2)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数粒子发生了大角度偏转 ,偏转的角度甚至大于90 ,也就是说它们几乎被“撞了回来”,如图所示。 (3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小 ,但几乎占有全部质量 ,电子在正电体的外面运动。,-4-,基础夯实,自
2、我诊断,二、氢原子光谱 玻尔理论 1.光谱:用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的波长 (频率)和强度分布的记录,即光谱。 2.光谱分类,3.氢原子光谱的实验规律,-5-,基础夯实,自我诊断,4.光谱分析:利用每种原子都有自己的线状 谱线,可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高,在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。,-6-,基础夯实,自我诊断,三、氢原子的能级结构、能级公式 1.玻尔理论 (1)定态:原子只能处于一系列不连续 的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定 的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。 (2)跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射 或吸收 一定频
3、率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即h=Em-En 。(h是普朗克常量,h=6.62610-34 Js) (3)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是不连续 的。,-7-,基础夯实,自我诊断,2.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图(如图所示),-8-,基础夯实,自我诊断,(2)氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。 氢原子的轨道半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r
4、1=0.5310-10 m。,-9-,基础夯实,自我诊断,右图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验时实验装置的示意图。请问荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,观察到的闪光次数有什么不同?提示:放在A位置时相同时间内观察到屏上的闪光次数最多;放在B位置时相同时间内观察到屏上的闪光次数比A位置时少;放在C位置时相同时间内观察到屏上的闪光次数比B位置时更少;放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少。,-10-,基础夯实,自我诊断,1.在卢瑟福粒子散射实验中,有少数粒子发生了大角度偏转,其原因是( ) A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子内是
5、均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中,答案,解析,-11-,基础夯实,自我诊断,2.关于光谱和光谱分析,以下说法正确的是( ) A.太阳光谱是连续谱,氢原子光谱是线状谱 B.光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速 C.分析某种物质的化学组成,可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气,取得吸收光谱进行分析 D.通过月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素,答案,解析,-12-,基础夯实,自我诊断,3.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子( ) A.放出光子,能量增加 B.放出光子,能量减少 C.吸收光子,能量增加 D.吸收光子,能量减少,答
6、案,解析,-13-,基础夯实,自我诊断,4.(多选)氢原子的能级示意图如图所示。现用能量介于1012.9 eV范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子,则下列说法正确的是( )A.照射光中只有一种频率的光子被吸收 B.照射光中有三种频率的光子被吸收 C.氢原子发射出三种不同波长的光 D.氢原子发射出六种不同波长的光,答案,解析,-14-,考点一,考点二,原子的核式结构(自主悟透) 1.粒子散射实验 (1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但少数粒子穿过金箔后发生了大角度偏转,极少数粒子甚至被“撞了回来”。,-15-,考点一,考点二,2.原子
7、的核式结构模型 (1)粒子散射实验结果分析 核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。 汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。 绝大多数粒子沿直线穿过金箔,说明原子中绝大部分是空的;少数粒子发生较大角度偏转,反映了原子内部集中存在着对粒子有斥力的正电荷;极少数粒子甚至被“撞了回来”,反映了个别粒子正对着质量比粒子大得多的物体运动时,受到该物体很大的斥力作用。 (2)核式结构模型的局限性 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释粒子散射实验现象,但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。,-16-,考点一,考点二,突破训练 1.在卢瑟福粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其
8、中两个粒子经历金箔散射过程的径迹,正确的是( ),答案,解析,-17-,考点一,考点二,2.下图是卢瑟福的粒子散射实验装置示意图,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C.粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D.绝大多数的粒子发生大角度偏转,答案,解析,-18-,考点一,考点二,氢原子的能级及能级跃迁(多维探究) 1.氢原子能级的跃迁问题 (1)跃迁 原子能级跃迁时,不管是吸收还是辐射光
9、子,该光子的能量都必须等于这两个能级的能量差。,h=En大-En小,h=En大-En小,-19-,考点一,考点二,(2)使氢原子跃迁的两种粒子 光子:原子若是吸收光子,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n+1能级时能量不足,从而激发到n能级的现象。 实物粒子:原子还可以吸收外来实物粒子(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,都可使原子发生能级跃迁。,-20-,考点一,考点二,2.电离 电离态与电离能 电离态:n=,E=0 基态电离态:E吸0-(-13.6 e
10、V)=13.6 eV 激发态电离态:E吸0-En=-En 如吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能。,-21-,考点一,考点二,3.氢原子核外电子绕核运动的轨道与能量的对应关系 在氢原子中,电子围绕原子核运动,设电子绕核运动的轨道半径,提示某定态时,核外电子的动能Ek总等于定态总能量的绝对值;原子的电势能Ep总等于定态总能量的两倍。,-22-,考点一,考点二,例1(多选)氢原子能级如图所示,当氢原子从n=3能级跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的是( ) A.氢原子从n=2能级跃迁到n=1的能级时, 辐射光的波长大于656 nm B.用波长为325
11、nm的光照射,可使氢原子从 n=1能级跃迁到n=2的能级 C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级 跃迁时最多产生3种谱线 D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子 从n=2能级跃迁到n=3的能级,答案,解析,-23-,考点一,考点二,例2按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上,已知rarb,则在此过程中( ) A.原子要放出某一频率的光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量也减小 B.原子要吸收某一频率的光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小 C.原子要放出一系列频率的光子,电子的动能减小,原子的电势能减
12、小,原子的能量也减小 D.原子要吸收一系列频率的光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量也增大,答案,解析,-24-,考点一,考点二,规律总结解答氢原子能级图和原子跃迁问题应注意: (1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=Em-En决定,波长可由公式c=求得。 (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)。 (3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 用数学中的组合知识求解: 利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。,-25-,考点一,考点二,突破训练 3.氢原子的能级示意图如图所示,一群氢原子处于n=3的激发
13、态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠。下列说法正确的是( )A.这群氢原子能发出3种不同频率的光, 其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短 B.这群氢原子能发出2种不同频率的光, 其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最小 C.金属钠表面发出的光电子的最大初动能为9.60 eV D.金属钠表面发出的光电子的最大初动能为11.11 eV,答案,解析,-26-,考点一,考点二,4.氢原子在基态时轨道半径r1=0.5310-10 m,能量E1=-13.6 eV。 (1)求氢原子处于基态时电子的动能; (2)求氢原子处于基态时原子的电势能; (3)用波长是多少的光照射可使其电离?,答案,解析,
