【精品】2018-2019学年高中物理教科版选修3-5课件：第二章第2节原子的核式结构模型
物理选修3-5鲁科版全套一体资料课件：第二章 原子结构 2-1
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(2)带电性质的判断方法
①粒子在电场中运动如图 1所示．带电粒子受电场力作用运
动方向发生改变 (粒子质量忽略不计 )．带电粒子在不受其他 力的作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着 电场线方向偏转，则粒子带负电．
图2
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想一想 答案
汤姆孙怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？ 他根据阴极射线在电场和磁场中偏转情况判断其是带
负电的电子流．
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三、汤姆孙原子模型 汤姆孙认为，原子带 正电 的部分应充斥整个原子，很小 很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌 在面包中那样，这就是原子的 葡萄干面包 模型．
能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一 通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流 方向由B到A，则该射线的本质为 A．电磁波 ( )
B．带正电的高速粒子流
C．带负电的高速粒子流 D．不带电的高速中性粒子流 答案 C
图3
预习导学课堂互动源自解析射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线
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一、阴极射线的性质及特点
1．阴极射线实质是电子束． 2．阴极射线的产生：玻璃管内的气体足够稀薄时，射线由 阴极发出，它可使玻璃管壁发出荧光． 3．阴极射线带电性质的判断方法 (1) 阴极射线的本质是电子，在电场 ( 或磁场 ) 中所受电场 力(或洛伦兹力)远大于所受重力，
故研究电场力(或洛伦兹力)对电子
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2 ．大约在 17 世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结 构．
(1)1661年， 玻意耳 以化学实验为基础建立了科学的元素
高中物理选修3-5配套课件第二章1
高中物理选修3-5配套课件第二章11电子[学习目标] 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.3.知道电子电荷量最早是由密立根通过著名的“油滴实验”得出．一、阴极射线1．定义：科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线．2．特点(1)在真空中沿直线传播；(2)碰到荧光物质可使荧光物质发出荧光．二、电子的发现1．汤姆孙让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转情况，证明了它的本质是带负电的粒子流并求出了其比荷．2．密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷量．电子电荷量一般取e＝1.6×10－19 C，电子质量m e＝9.1×10－31_kg.三、电子的有关常量[即学即用]判断下列说法的正误．(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线．(×)(2)阴极射线在真空中沿直线传播．(√)(3)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．(×)(4)组成阴极射线的粒子是电子．(√)(5)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．(×)一、对阴极射线的认识[导学探究]如图1所示，接通真空管(又称阴极射线管)的电源，将条形磁铁的一个磁极靠近射线管，观察阴极射线是否偏转，向什么方向偏转；把另一个磁极靠近射线管，观察射线的偏转情况．你认为射线的偏转是什么原因造成的？你能通过射线偏转的情况来确定射线粒子流携带的是哪种电荷吗？图1答案运动电荷在磁场中受到洛伦兹力．根据左手定则，结合磁场方向、粒子运动方向，可以判断出射线粒子流携带的电荷是正电荷还是负电荷．[知识深化]1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．例1(多选)下面对阴极射线的认识正确的是()A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击管端玻璃壁上的荧光粉而产生的B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线D．阴阳两极间加有高电压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极答案CD解析阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故A错误，C正确；只有当两极间有高电压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故B错误，D 正确．针对训练(多选)一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，如图2所示．则() 图2A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现D．电子束的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线AB形成的磁场中向下偏转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的，A错，B对；通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上，使电子束的径迹向上偏，C对；由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即AB 形成的磁场方向有关，D错．二、带电粒子比荷的测定及电子的发现1．带电粒子比荷的测定方法(1)利用磁偏转测量①让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场(如图3)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bq v＝qE)，得到粒子的运动速度v＝E B.图3②撤去匀强电场(如图4)，保留匀强磁场，让带电粒子单纯地在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bq v ＝m v 2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r .图4③由以上两式确定带电粒子的比荷表达式：q m ＝E B 2r. (2)利用电偏转测量带电粒子在匀强电场中运动，沿电场方向的偏转距离y ＝12at 2＝12·qU md (L v )2，故q m ＝2yd v 2UL 2，所以在偏转电场中，U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．2．证明阴极射线是电子的思路(1)通过阴极射线在电场中的偏转证明它是带电的粒子流．(2)测定它的比荷．(3)根据阴极射线粒子的比荷与氢离子比荷的关系求出它的质量．(4)证明阴极射线是质量远小于氢离子的粒子——电子．3．电子发现的意义(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒．(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分．(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的．4．电子电荷量的精确测定是密立根通过“油滴实验”测定的，密立根实验的重要意义是发现电荷量是量子化的，即任何电荷只能是e 的整数倍．例2在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图5所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现光斑．若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B 的匀强磁场(图中未画出)，光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：图5(1)说明阴极射线的电性．(2)说明图中磁场沿什么方向．(3)根据L 、E 、B 和θ，求出阴极射线的比荷．答案 (1)负电 (2)垂直纸面向外(3)E sin θB 2L解析(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电．(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外．(3)设此射线带电荷量为q ，质量为m ，当射线在D 、G 间做匀速直线运动时，有qE ＝Bq v .当射线在D 、G 间的磁场中偏转时，如图所示，有Bq v ＝m v 2r .同时又有L ＝r ·sin θ，解得q m ＝E sin θB 2L.运用电磁场测定电子比荷的解题技巧1．当电子在复合场中做匀速直线运动时，eE ＝e v B ，可以测出电子速度大小．2．当电子在匀强磁场中偏转时，e v B ＝m v 2r，测出圆周运动半径，即可确定比荷．3．当电子在匀强电场中偏转时，y ＝12at 2＝eUL 22m v 2d，测出电子在电场中沿电场方向的偏转距离也可以确定比荷．1．(对阴极射线的认识)关于阴极射线的实质，下列说法正确的是() A．阴极射线实质是氢原子B．阴极射线实质是电磁波C．阴极射线实质是电子D．阴极射线实质是X射线答案 C解析阴极射线是原子受激发射出的电子．关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．2．(电子电荷量)下列说法中正确的是()A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e＝1.602×10－19 CB．电子电荷量的精确值是卢瑟福测出的C．物体所带电荷量可以是任意值D．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍答案 D解析密立根通过油滴实验精确测得了电子的电荷量并提出了电荷量是量子化的，A、B错误；物体所带电荷量的最小值是e，所带电荷量只能是元电荷的整数倍，C错误，D正确．3．(电子发现的意义)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分答案BCD解析发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．4．(对电子的认识)(多选)1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是()A．任何物质中均有电子B．不同物质中具有不同的电子C．电子质量是质子质量的1 836倍D．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元答案AD解析汤姆孙用不同的材料做阴极，都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质——电子，这说明任何物质中均含有电子，A对，B错；根据对电子比荷的测定可知，电子电荷量和氢，说明电子有质量和原子核的电荷量相同，电子的质量远小于质子质量，是质子质量的11 836电荷量，是一种粒子，并且电子是比原子更基本的物质单元，C 错，D对．5．(电子比荷的测定)密立根油滴实验原理如图6所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接，板间距离为d，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场．用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴．通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是()图6A ．悬浮油滴带正电B ．悬浮油滴的电荷量为mg UC ．增大场强，悬浮油滴将向上运动D ．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍答案 C解析带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，A 项错误；qE ＝mg ，即q U d＝mg ，所以q ＝mgd U，B 项错误；当E 变大时，qE 变大，合力向上，油滴将向上运动，C 项正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D 项错误．。
教科版高三物理选修3-5电子课本课件【全册】
1 碰撞
教科版高三物理选修3-5电子课本 课件【全册】
2 动量
教科版高三物理选修3-5电子课本 课件【全册】
3 动量守恒定律
教科版高三物理选修3-5电子课本 课件【全册】
4 动量守恒定律的应用
教科版高三物理选修3-5电子课本 课件【全册】
第二章 原子结构
教科版高三物理选修3-5电子课本 课件【全册】
教科版高三物理选修3-5电子课本 课件【全册】目录
0002页 0061页 0157页 0177页 0227页 0277页 0350页 0379页 0400页 0475页 0534页 0593页
第一章 碰撞与动量守恒 2 动量 4 动量守恒定律的应用 1 电子 3 光谱 氢原子光谱 第三章 原子核 2 放射性 衰变 4 原子核的结合能 6 核聚变 第四章 波粒二象性 2 光电效应与光量子假说 4 实物粒子的波粒二象性
物理教科版选修3-5课件：第2章原子结构 1~2
实验过程：
α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子
中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方
向.带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的
α粒子的数目.
答案
(3)实验现象如何？
答案
α粒子散射实验的实验现象：绝大多数 α粒子穿过金箔后，基本上
2.实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿 原来 的 方 向 前 进，但有少数α粒子发生了 大角度 偏转，偏转的角度甚至大于 90°. 3.α粒子散射实验的结果用汤姆孙的“枣糕模型”无法解释.
即学即用 判断下列说法的正误. (1)α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的.( × ) (2)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹.( × ) (3)α粒子大角度的偏转是电子造成的.( × ) (4)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍.( × )
(2)碰到物体可使物体发出 荧光 .
3.电子的发现 汤姆孙 让阴极射线分别通过电场或磁场，根据 偏转情况，证明了它的本 质是 带负电 的粒子流并求出了其比荷.
4.密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷.电子电荷量一
－31 kg －19 C 9.1 × 10 1.6 × 10 般取e＝ ，电子质量me＝ .
题型探究
一、对阴极射线的认识
例1 (多选)下面对阴极射线的认识正确的是 A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的 B.只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生 C.阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线 √ D.阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力 √ 作用而脱离阴极
高中物理第2章原子结构1电子课件教科版选修35
第二十六页，共31页。
【解析】 由平衡条件得 mg＝qUd，解得 q＝mUgd.
【答案】
mgd U
第二十七页，共31页。
5．如图 2-1-7 所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置．当极板 P 和 P′间不 加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心 O 点处，形成一个亮点；加上偏转电 压 U 后，亮点偏离到 O′点，O′点到 O 点的竖直距离为 d，水平距离可忽略不计； 此时在 P 与 P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节 磁感应强度，当其大小为 B 时，亮点重新回到 O 点．已知极板水平方向长度为 L1，极板间距为 b，极板右端到荧光屏的距离为 L2.
[先填空] 1．比荷(荷质比) 带电粒子的 电荷质(量d与ià(znhhìèli之)à量n比g)称为比荷，又称荷质比．电子的比荷是氢离 子的 1 000 多倍，电子的电荷量与氢离子的相电荷同量(xiānɡ，tó而n质ɡ)量不到氢原子的 1/1 000.
第十二页，共31页。
2．发现电子的意义 证明了 电子是(d原iàn子z的ǐ) 组成部分，电子的发现使人们认识原到子(yuá是nz可ǐ)分的， 原子不是物质不可分割的最小单元． 3．电子的电荷量 (1)电子电荷量：1913 年由密立根通过著名油的滴实验(shí得yà出n)，电子电荷的现 代值为 e＝ 1.602×10－19C. (2)电荷量是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍 ．
第二十四页，共31页。
【解析】 密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为 1.6×10－19 C，并提出 了电荷量子化的观点，因而 A 对，B 错，C 对；任何物体的电荷量都是 e 的整 数倍，故 D 对，E 错．
【答案】 ACD
第二十五页，共31页。
2019-2020教科版物理选修3-5第2章 1.电子课件PPT
探究阴极射线带电性质的方法 (1)在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的 变化和电场的情况确定带电的性质．若沿着电场线方向偏转，则粒子 带正电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带负电．
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(2)使阴极射线垂直进入磁场，根据亮点位置的变化和左手定则 确定带电的性质．如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆 周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电．
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1．(多选)如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，
若在管的正下方放一通电直导线 AB 时，发现射线径迹向下偏转，则
() A．导线中的电流由 A 流向 B
B．导线中的电流由 B 流向 A
C．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变 AB
中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与 AB 中的电流方向无关
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(2)方法 ①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定 极板间的电场强度 E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密 立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没 加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气 给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度 v1.
(×) (√ ) (√ ) (×) (× )
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2．如图所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直 流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会 向________偏转．
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[解析] 阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向 左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极 射线向上偏转．
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BC [阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，磁场垂直 纸面向里，由安培定则可知，导线 AB 中的电流由 B 流向 A，且改变 AB 中的电流方向时可以使电子束的径迹往上偏．故选项 B、C 正确．]
人教版高中物理选修3-5 18.1-2电子的发现 原子的核式结构模型教学课件共29张PPT
二。卢瑟福的原子核式结构
1、在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核． 2、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里． 3、带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
课堂巩固
1.α粒子散射实验中，卢瑟福用α粒子轰击金箔， 下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果
（B）
A．α粒子穿过金箔时都不改变方向 B．少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 C．绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 D．α粒子穿过金箔时都有较小的偏转
汤姆孙的原子模型
汤姆孙的原子模型: 原子是一个球体；正电核 均匀分布在整个球内，而 电子就像大枣镶嵌在蛋糕 里那样镶嵌在原子里面．
汤姆孙的“枣糕模型”对吗？
正电荷
电子 勒纳德用电子轰击金属膜
一。α粒子散射实验 1.实验装置
全部设备装在真空中。
卢瑟福
2.实验步骤
（1）α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线， 射到荧光屏上产生闪光，通过放大镜可以看到这些闪 光点。
中正确的是：（ C ）
A.说明α粒子的速度很大 B.说明α粒子的质量比金原子还大 C.说明金原子的内部大部分是空的 D.说明金原子也是个球体
3、（2017·江苏·1）下列说法中正确的是 （C） A.质子与中子的质量不等，但质量数相等 B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于 库仑力 C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子 数可以不同 D.除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互 作用力
2.卢瑟福α粒子散射实验表明（ D ）
A．原子带正电 B．原子是一个球体 C．电子在任意一个圆形轨道上运动 D．原子内部的正电荷并不是均匀分布的，而是集 中在很小的体积内
三。原子核的电荷与尺度
1.原子的组成
人教版高中物理选修3-5课件：本章整合18原子结构 (共21张PPT)
m n n 2 1 n 1 2 m n m n 2 2
专题提升
专题一 查 1．人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有 汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型． 原子结构模型的认识及卢瑟福核式结构模型的考
2．卢瑟福核式结构模型是建立在α粒子散射实验基础上 的，主要从以下两个方面考查： (1)α粒子散射实验的考查：主要是散射实验装置(包括仪器 作用的简单描述)、实验现象、实现现象的分析和结论以及实验 意义的考查．正确解答这类问题需要在学习过程中虚拟物理情 景，理解好、分析好实验现象，并作好归纳、记忆． (2)卢瑟福核式结构模型的考查：主要是核式结构内容的描 述和理解，并且知道原子是由原子核和电子组成的．
3．间接跃迁和直接跃迁． 原子从一种能量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．两种情况下辐射(或吸收) 光子的频率可能不同． 4．入射光子与入射电子． 若是在光子的激发下引起原子的跃迁，则要求光子的能量 必须等于原子的某两个能级的能量差；若是在电子的碰撞下引 起原子的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两 个能级的能量差，两种情况有所不同．
2．跃迁与电离． 根据玻尔理论，当原子从低能级向高能级跃迁时，必须吸 收光子才能实现．相反，当原子从高能级向低能级跃迁时，必 须辐射光子才能实现．不管是吸收光子还是辐射光子，其光子 的能量都必须等于这两个能级的能量差．要想把处于某一定态 的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．不论是光 子还是电子使氢原子电离，只要光子或电子的能量大于电离能 就能使其电离．例如，如果氢原子从n＝1的基态跃迁到n＝∞的 状态，这个能量的大小至少为13.6 eV.
A．一定在①区域 C．可能在③区域
解析：α粒子与原子核都带正电，存在互相排斥的静电力， 根据力与运动的关系知，原子核应处在原来运动方向的延长线 的上方，也应处在末位置运动方向的反向延长线的上方，故该 原子核的位置一定在①区域．
教科版高中物理选修(3-5)第二章《原子结构》ppt课件
再见
－
＝ 2.18× 10－ 18 J＝ 13.6 eV. － 13.6 (2)当 n＝ 1 时，能级值为 E1＝ 2 eV＝－ 13.6 eV. 1 － 13.6 当 n＝ 2 时，能级值为 E2＝ 2 eV＝－ 3.4 eV. 2
－13.6 当 n＝3 时，能级值为 E3＝ 2 eV＝－1.51 eV. 3 能发出的光谱线分别为 3→2， 2→ 1， 3 →1 共 3 种，能级图如图所示． (3)由 E3 向 E1 跃迁时发出的光子频率最 大，波长最短． c hν＝E3－E1，又知 ν＝ ，则有 λ － 34 8 6.63 × 10 × 3.0 × 10 hc λ＝ ＝ m ＝ 1.03 × － E3－E1 [－1.51－（－13.6）]×1.6×10 19
－
－19
J
针对训练
一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV的电磁
波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离， 则电子被电离后所具有的动能是多大？ 答案 解析 能 1.4 eV 氢原子从基态n＝1处被完全电离至少吸收13.6 eV的
能量．所以15 eV的光子能使之电离，由能量守恒可知，
完全电离后还剩余动能Ek＝15 eV－13.6 eV＝1.4 eV.
装置：放射源、金箔、荧光屏、显微镜
－ 15 － 10
内容：在原子的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内，带 负电的电子在核外空间运动 原子核的电荷和尺寸：原子核直径的数量级是 10 1 1 1
H 2 2
m，原子直径的数量级是 10
m
玻尔 理论
氢光谱：巴耳末公式λ＝ R （2 －n ）， n＝ 3， 4… 玻尔理 定态假设 论假设 轨道量子化假设 跃迁假设： hν＝ |E － E | 连续光谱：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱 发射光谱 原子 明线光谱：也叫原子光谱，由稀薄气体或金属蒸气发射产生 光谱 吸收光谱：高温物体发出的光通过物质时，某些波长的光被 物质吸收后产生的光谱
(新课标)2018_2019学年高考物理主题三原子与原子核3.3原子核3.3.2放射性元素的衰变课件新人教版选修3_5
4. 半衰期的应用： 利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断
时间 。 ________
思考判断
(1) 半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发 生衰变。( )
(2)根据半衰期的计算，我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。(
(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。( 答案 (1)× (2)× (3)√ )
D 错误。
答案
A
半衰期
[要点归纳]
1.意义：表示放射性元素衰变的快慢。 2.半衰期公式：N 余＝N
1 t 原 τ，m 2 1 t 余＝m0 τ 2
式中 N 原、m0 表示衰变前的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后的尚未发生衰变 的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ 表示半衰期。
(2)β衰变的实质：核内的 中子 转化为了一个 质子 和一个 电子 。
(3)γ射线经常伴随α衰变和β衰变产生的。
思考判断 (1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变。( )
(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。(
(3)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。( 答案 (1)× (2)× (3)√ )
3.适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个 特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。 4.应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等。
[精典示例] [例2] (多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通 过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算。测得该岩石中现含有的铀是岩
238 1，而质子数增加 1，故206 Pb 较 82 92U 质子数少 10，中子数少 22。
2017-2018学年高二物理选修3-5课件：第2章原子结构 单
专题一
专题二
【例题 1】关于 α 粒子散射实验现象,下列说法正确的是( 粒子受力平衡的结果
)
A.绝大多数 α 粒子沿原方向运动,说明正电荷在原子内均匀分布,是 α
B.极少数 α 粒子发生大角度偏转,说明原子内全部正电荷和几乎所有 质量都集中在很小的区域内 C.极少数 α 粒子发生大角度偏转,说明原子内的电子对 α 粒子的吸引力 很大 D.α 粒子散射实验为卢瑟福提出原子核式结构提供了实验依据 解析:在 α 粒子散射实验中,绝大多数 α 粒子不偏转,说明 α 粒子未受到 明显的作用力,也说明原子核很小,为核式结构提供了依据。 α 粒子在电场力 (斥力)的作用下发生偏转,B、D 选项正确。 答案:BD
本章整合
阴极射线 电子的发现与汤姆孙原子模型 汤姆孙的发现 阴极射线为电子流 电子的电性与比荷
汤姆孙的原子模型 原子结构 原子的核式结构模型 绝大多数������粒子不偏转 ������粒子散射实验 少数发生偏转 极少数发生大角度偏转 原子核 卢瑟福的原子核式结构模型 核外电子 绕核旋转
玻尔的原子模型 原子结构
专题一
专题二
玻尔原子模型——氢原子的能级跃迁
1.玻尔原子模型 (1)量子化观点:电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐射或 吸收光子的频率都只能是分立的、不连续的值。 (2)对应关系:电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态。 (3)定态观点:电子在某一可能轨道上运动时,原子是不向外辐射电磁波 的,轨道与能量是稳定的。 (4)跃迁观点:能级跃迁时辐射或吸收光子的能量:hν=Em-En(m>n) (5)①原子吸收光子能量是有条件的,只有等于某两个能级差时才被吸 收发生跃迁。 ②如果入射光的能量 E≥13.6eV,原子也能吸收光子,则原子电离。 ③用粒子碰撞的方法使原子能级跃迁时,粒子能量大于能级差即可。
上海科教版高中物理选修3-5课件 原子核的衰变课件2
贝克勒尔发现天然放射现象后，通过对天然放射现象的
研究，人们发现原子序数大于 83 的所有天然存在的元素都有
课 堂
放射性，原子序数小于 83 的元素，个别的也具有放射性．
课
互 动
【特别提醒】
放射性元素的放射性不因元素存在的状
时 作
探
业
究 态改变而改变．若某元素单质有放射性，则以化合物形式存
在时，也有放射性．所处的环境的不同也不影响其放射性．
(2)放射性：物体放出射线的性质．
课
(3)放射性元素：具有放射性的元素．
堂
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
HK ·物理 选修3-5
课
当
前
堂
自
双
主
2．天然放射线中的“三剑客”
导
基 达
学
标
(1)本质：①α 射线：在磁场作用下发生偏转，偏转角
度 较小 ，是带 正电 的高速运动的 α粒子流 ，电荷数为
2，质量数为 4，本质是 氦原子核 ．
课
堂
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
HK ·物理 选修3-5
课 前
2．(3 分)32S 与 33S 互为同位素，下列说法正确的是(
)
当 堂
自 主
A．32S 与 33S 原子的最外层电子数均为 2
双 基
导
达
学
B．32S 与 33S 具有相同的中子数
标
C．32S 与 33S 具有不同的电子数
D．32S 与 33S 具有相同的质子数
作 业
究
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
近年学年高中物理第2章原子结构原子光谱学案教科版选修3-5(2021年整理)
2018学年高中物理第2章原子结构原子光谱学案教科版选修3-5 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018学年高中物理第2章原子结构原子光谱学案教科版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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原子光谱【学习目标】1．知道光谱、发射光谱、吸收光谱、光谱分析等概念；2．明确光谱产生的原理及光谱分析的特点;3．知道氢原子光谱的实验规律．4．了解玻尔原子模型及能级的概念;5．理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系；6．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性．7．了解激光产生的原理;8．了解激光的特性；9．了解激光在日常生活中的应用．【要点梳理】要点一、氢原子光谱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）成分和强度分布的记录，即光谱．用摄谱仪可以得到光谱的照片．物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类:（1)发射光谱-—物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它又可分为连续光谱和明线光谱（线状光谱）．①连续光谱一一由连续分布的一切波长的光（一切单色光）组成的光谱.炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱,如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱．②明线光谱--只含有一些不连续的亮线的光谱．它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子光谱．稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱．实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱。
可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的明线光谱．不同元素的原子产生的明线光谱是不同的,但同种元素原了产生的明线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其明线光谱加以鉴别．因此称某种元素原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线．(2）吸收光谱-—高温物体发出的白光通过温度较低的物质时,某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱．这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成的．例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱．实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应．即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线．2．光谱分析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它的化学组成，这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时,可以利用明线光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中的含量达1010－克，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检测出来．光谱分析在科学技术中有广泛的应用：（1）检查物体的纯度；(2)鉴别和发现元素；（3）天文学上光谱的红移表明恒星的远离等．3．氢原子光谱线氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质．氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线．(1）巴耳末系(在可见光区）．①1885年瑞士的中学数字教师对氢气放电得到的氢原子光谱可见光部分的四条谱线进行了研究和分析．发现这些谱线的波长可以用一个很简单的数学公式表示．②巴耳末公式：221112R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，345n =，，，式中的常数R 称为里德伯常量，对于氢原子，实验测得的值为711.096775810m R =⨯－．（2）莱曼系（在紫外区）．221111R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，234n =，，， (3）帕邢系(在近红外区）．221113R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，456n =，，， （4）布喇开系（在红外区）．221114R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，567n =，，， （5）普丰德系（在远红外区）．221115R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，678n =，，， 4．分光镜的原理用来观察光谱,分析光潜的仪器叫分光镜．分光镜构造原理如图所示．A 为平行光管，由两部分组成，一端有狭缝，另一端有凸透镜，狭缝到凸透镜的距离等于一倍焦距，狭缝入射的光经凸透镜后变成平行光线，射到三棱镜上．三棱镜P 通过折射将不同颜色的光分开．通过望远镜筒B 可以观察光谱,在MN 上放上底片还可以拍摄光谱．管C 在目镜中生成一个标尺,以便对光谱进行定量研究．5．氢原子光谱的规律上面这些光谱线系可用一个统一的公式表示： 22111R m n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭． 式中123m =，，，对每一个m ，有123n m m m =+++，，，构成一个谱线系． 令1νλ=，2()R T m m =，2()R T n n=上式可变为： ()()T m T n ν=-．要点诠释：ν称为波数，即波长的倒数．T 称为光谱项．（1）氢光谱是线状的，不连续的，波长只能是分立的值．(2）谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式（也称广义巴耳末公式)表达：每一个谱线的波数都可以表达为两个光谱项之差．6．其他原子的原子光谱(1）氢原子光谱是线状的，即辐射的波长具有分立性．氢原子是自然界中最简单的原子．对它的光谱线的研究所获得的原子内部结构的信息对研究其他复杂原子的结构具有指导意义．(2)科学家观察了大量的其他原子的原子光谱，发现每种原子都有自己特定的光谱．不同的原子，其原子光谱均不相同．和氢原子一样，其他原子的光谱线的波数也可以表示为两个光谱项之差，所不同的是,它们的光谱项的形式要复杂一些．（3）通过分析研究大量的原子光谱，可以得到一个共同的规律，那就是各种原子辐射的光波鄙是线状光谱，波长具有分立性，只能是不连续的分立值．7．光谱到底是什么正如菜谱是菜名的排列，家谱是家族人名的排列一样，光谱也是一种排列，是不同波长的谱线的排列，线状谱中这些谱线是不连续的，表现为分立的不同颜色的亮线，连续谱是各种波长的谱线连在一起形成的，表现为连续的彩色光带．要点二、玻尔的原子模型（能级结构)1．卢瑟福模型和经典电磁理论的困难卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了 粒子散射实验．但是经典理论既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征．困难具体表现为：（1）按照经典物理学的观点,带有电荷的电子在轨道上做变速运动，一定会以电磁波的形式向外辐射能量，电子的能量会减小,轨道半径会不断变小，最终落在原子核上．即原子是不稳定的．这与实际情况不符,实际上原子是稳定的．(2）按照经典物理学的观点，电子辐射电磁波的频率应等于其振动或圆周运动的频率．由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化．即我们看到的原子光谱应该总是连续的，但实际测定的结果是电磁波的频率不是连续的，原子光谱是分立的线状谱．由以上所述可知微观物体的变化规律不能用从宏观现象中得出的经典理论加以说明，为了解决这一矛盾，丹麦的青年物理学家玻尔在前人学说的基础上，把普朗克的量子理论应用于原子系统中,提出了新的原子理论——玻尔原子理论．2．玻尔原子模型玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫做轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动,却不辐射能量,因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量,所以原子的能量也是量子化的． 将以上内容进行归纳,玻尔理论有三个要点:（1）原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的．电子虽然绕核旋转,但并不向外辐射能量，这些状态叫定态．(2)原子从一种定态（能量为m E )跃迁到另一定态（能量为n E ）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定，即m n h E E ν=-．可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形状改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上,玻尔将这种现象称为跃迁．（3）原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动．原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的（满足2h nvr n π=，n 叫量子数,这种轨道的不连续现象叫轨道量子化）．轨道半径21n r n r =．（对于氢原子1010.5310m r =⨯－）3．能级在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的．这些能量值叫做能级．各状态的标号123、、、叫做量子数，通常用n 表示．能量最低的状态叫做荩态，其他状态叫做激发态，基态和各激发态的能量分别用123E E E 、、、表示．（1)氢原子的能级．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,若使原子电离，外界必须对原子做功，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．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核处于无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的．原子各能级的关系为：12123n E E n n ==（，，，）． 对于氢原子而言，基态能量：113.6 eV E =－，其他各激发态的能量为:2 3.4 eV E =－，31.51 eV E =－，（2）能级图．氢原子的能级图如图所示．要点诠释：①由能级图可知，由于电子的轨道半径不同,氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化．②原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能．③原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量．无论是吸收能量还是放出能量，这个能量值不是任意的，而是等于原子发生跃迁的这两个能级问的能量差．E hνn=对应于基态，n→∞对应于原子的电∆=，ν为发出光子的频率．④1离．4．弗兰克—赫兹实验（1）如果原子的能级是分立的，那么用碰撞的方式使原子吸收的能量，即其他粒子转移给原子的能量，也应该是量子化的．（2)1914年，弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子，发现电子损失的能量，也就是汞原子吸收的能量，是分立的，从而证明汞原子的能量是量子化的．5．光子的发射和吸收（1）能级的跃迁．根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种．其中原子在基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．要点诠释:①原子能级跃迁时,处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态；也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态，最后回到基态．一个原子由较高能级回到基态,到底发生了几次跃迁,是不确定的．②物质中含有大量的原子，各个原子的跃迁方式也是不统一的．有的原子可能经过一次跃迁就回到基态，而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态．(2）光子的发射．原子能级跃迁时以光子的形式放出能量,原子在始末两个能级m E 和n E （m n ＞）间跃迁时发射光子的能量可由下式表示：m n h E E ν=－．由上式可以看出，能级的能量差越大，放出光子的频率就越高．（3）光子的吸收．光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁．两个能级的能量差值仍是一个光子的能量．其关系式仍为m n h E E ν=－．要点诠释：由于原子的能级是一系列不连续的值，则任意两个能级差也是不连续的，故原子只能发射一些特定频率的光子，同样也只能吸收一些特定频率的光子．但是,当光子能量足够大时,如光子能量13.6 eV E ≥时，则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离．6．原子能级跃迁问题跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，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)．（1）跃迁时电子动能、原子势能与原于能量的变化．当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能p E 减小,电子动能增大，原子能量减小．反之，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．（2）使原子能级跃迁的两种粒子-—光子与实物粒子．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2n =时能量有余，而激发到3n =时能量不足,则可激发到2n =的问题．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（m n E E E =－），均可使原子发生能级跃迁．7．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了．（2)注意直接跃迁与间接跃迁．原子从一种能量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)光子的频率可能不同．（3）注意跃迁与电离．原子跃迁时,不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离（即上升n =∞）,其电离能为13.6 eV ,只要能量等于或大于13.6 eV 的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．8．氢原子核外电子绕核运动的轨道与其能量对应关系在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动轨道看做半径为r 的圆周,则原子核与电子之间的库仑力为电子做匀速圆周运动所需的向心力,那么由库仑定律和牛顿第二定律，有222()e ke r m v r =／／, 则电子运动速度v =电子的动能为22122k ke E mev r==； ②电子运动周期为：22rT v π== 电子在半径为r 的轨道上所具有的电势能为2/p E ke r =-，（0p E ∞=）； ④ 等效电流eI T=； ⑤ 原子的总能量就是电子的动能k E 和电势能p E 的代数和，即 2/2k p E E E ke r =+=-． ⑥ 要点诠释:将②④⑥式比较可得：(1）某定态时,核外电子的动能k E 总是等于该定态总能量的绝对值，原子系统的电势能E .总是等于该定态总能量值的两倍．(2)电子动能22k E ke r =／随轨道半径r 的减小而增大，随r 的增大而减小(与v 也直接相关）;系统电势能2p E ke r =－/随轨道半径r 的增大而增大，随r 的减小而减小；原子的总能量22E ke r =－／也随轨道半径r 的增大而增大,随r 的减小而减小．（3）某定态能量22120n E ke r E n ==－／／＜，表明氢原子核外电子处于束缚态，欲使氢原子电离，外界必须对系统至少补充22ke r ／的能量，原子的能级越低，需要的电离能就越大． 9．氢原子能量表达式的推导第一种：由上面的推导有原子总能量22n nke E r =-． ① 由222n n nmv ke r r =和电子轨道量子化条件2n n h mv r nπ=联立可得： 22224n n h r kme π=． ②把②代入①得：224222213.6eV 123n k me E n n h nπ-=-≈=（，，，）． 第二种：由上一节的氢原子光谱的经验公式： 22R R m nν=- 如果两边同乘以hc （c 是真空中的光速)，就得到： 22hcR hcRhc h m nνν==-． 式子左边h ν是每次发出的光子能量，右边是原子在辐射前后能量之差．结合玻尔原子模型的要点2可得到某一定态的能量2123n hcRE n n =-=（，，，）． 10．玻尔模型的成就和局限玻尔在卢瑟福核式结构的基础上,把量子思想引入原子结构理论,提出了定态和跃迁的概念，成功地解释并且预言了氢原子光谱的实验规律，但在解释比较复杂的原子时遇到了困难．例如，氦原子的光谱现象，玻尔理论就无法解释．玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，不足之处在于它保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看成经典力学描述下的轨道运动．因此它没有彻底摆脱经典理论的框架．量子力学表明：原子中电子的运动并没有确定的轨道,而是可以出现在原子内的核外整个空间，只是在不同地方出现的概率不同．当原子处在不同的能量状态时,电子在各处出现的概率是不一样的．如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来,就像云雾一样，可以形象地称作电子云．图甲是氢原子处于1n=的能级时,它有几个可能的n=的能级时的电子云；当氢原子处于2状态，图乙画的是其中一个可能状态的电子云．对于氢原子，计算表明，玻尔理论中的电子轨道正是电子出现概率最大的地方．要点三、激光1．自发发射对于普通的光源，如我们熟悉的白炽灯，灯丝原子吸收了电流做功产生的热而被激发到能量较高的状态．由于原子倾向处于能量低的基态，因此处于能量较高状态的原子是不稳定的，会自发地跃迁到较低的能量态，同时放出光子，这就是自发发射（如图）．2．受激吸收常温下处于热平衡状态的原子系统，多数原子都处在基态．如果一个入射光子的能量恰好等于原子基态与某个激发态的能量差，那么原子就很容易吸收这个光子而跃迁到这个激发态上．这种跃迁不是自发产生的，是在入射光子的刺激下产生的，所以称为受激吸收（如图)．3．受激发射如果一个入射光子的能量正好等于原子的某一对能级的能量差21E E －，那么处于激发态2E 的原子就可能受到这个光子的刺激而跃迁到能量较低的状态1E ，同时发射一个与入射光子完全相同的光子，这就是受激发射（如图）．要点诠释：（1）在自发发射中，原子以随机的方式回到基态，也就是说,每个原子发光的时刻、方向、初相位都是不确定的，发光的频率一般也不一样．因此普通光源发出的光不是相干光．（2)受激发射的光子与入射光子具有相同的能量(频率）、相同的相位和偏振态,且沿同一方向发出．受激发射的概念是受爱因斯坦在1916年提出来的，是激光产生的理论基础．4．激光激光是一种特殊的光，自然界中的发光体不能发出激光，它是经过人工受激发射产生的光．激光具有三个特点:（1)相干性好，频率单一；（2）激光束的平行度和方向性好；(3）激光的强度大，亮度高． 5．激光器(1）激光器的组成及各部分的作用． ①激活介质．作用:通过受激发射而使入射光放大．②抽运装置．作用:使激活介质产生粒子数反转．③光学共振腔．作用：激活介质放在其中,增加放大作用并对发射频率进行选择．（2）根据激活介质的不同，激光器可以分为固体、液体、气体、染料、半导体激光器等．常用的激光器有红宝石激光器和氦氖激光器．6．激光的应用（1）利用单色性、相干性：拍频技术（可精密测定各种移动、转动和振动速度）、激光地震仪、精密导航、光纤通信、全息照相、工业探伤、激光全息摄影等．（2）利用平行度好、亮度高：测距、激光雷达、读取VCD机、CD唱机和计算机的光盘、切割金属、打孔、医学上切除肿瘤等．（3）利用亮度高：军事上的激光炮弹、激光核聚变、医疗上的激光手术．7．激光产生机理（1）粒子数反转：通常状态下多数原子处于基态，但是如果用一定的手段去激发原子体系，使得在激发态以上的原子数多于低能态E上的原子数，这种状态就叫做粒子数反转．1（2）光放大：在粒子数反转的状态下,一个入射光子引起的受激发射比它被吸收的概率大得多,受激发射时发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样一个入射光子由于引起受激发射就变成了两个同样的光子．如果这两个光子在介质中传播时再引起其他原子发生受激发射,就会产生越来越多的频率和发射方向都相同的光子，使光得到加强，称为光放大，这就是激光．（3)受激发射又使处于低能态的原子数增多,受激吸收的效应就会增强，实际激光器中如何解决这一问题：为了避免上述问题，使得原子保持粒子数反转的状态，就需要用抽运装置不断地将回到低能状态的原子再激发到高能态．实际激光器中，固体激光器或染料激光器中采用光抽运，如红宝石激光器中用氙闪光灯照射激活介质起到光抽运的作用；在气体激光器中采用放电激励的手段达到抽运之目的．如氦氖激光器中采用气体放电的方法激发氖原子．【典型例题】类型一、氢原子光谱例1．关于光谱，下列说法中正确的是（）．A．太阳光谱是连续光谱B．稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱C．煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸汽产生的光谱是线状谱D．白光通过钠蒸汽产生的光谱是线状谱【思路点拨】明确原子光谱、线状谱、连续谱及特征谱的关系【答案】B、C【解析】太阳光谱是太阳光产生的白光,通过太阳周围温度较低的大气时，某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱,所以A不正确；稀薄的氢气发光是原子光谱又叫明线光谱，所以B正确：钠蒸汽产生的光谱是原子光谱。
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答案：(1)×
(2)√
(3) ×
2．思考：α 粒子散射实验中用的金箔大约 1 μm 厚，1 μm 厚的金箔大约有 33 00 层原子，绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍 沿原来的方向前进，这说明了什么？
提示：金箔的厚度相当于几千层金原子的厚度，而绝大多 数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明原子中的绝大部 分是空的。
答案：D
α 粒子散射实验现象分析
[例 1] 如图 224 所示为卢瑟福和他的学生们做 α 粒子散射实
验的装置示意图。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，关于观察到的现象，下列说法中正确的是 ( )
4．卢瑟福对 α 粒子散射现象的分析——核式结构模型 (1)分布情况：所有正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原 子中绝大部分是空的。 (2)受力情况： ①少数 α 粒子靠近原子核时， 受到的库仑斥力大； ②大多数 α 粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。
(1)实验中的荧光屏是可以移动的，通过移动可探测到 α 粒子散射到不同角度的数目。 (2)α 粒子散射实验为原子的核式结构学说奠定了实验基 础，在核式结构模型中认为电子在原子核对它的库仑力作用 下做匀速圆周运动。
在球中。
图 221
汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。 汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型。该模型能解释一 些实验现象，但后来被 α 粒子 散射实验否定了。 2．α 粒子散射实验 (1)α 粒子：是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子， 带有两个单位的正电荷，质量为 氢原子 质量的 4 倍。 (2)实验结果
处理卢瑟福原子模型、α 粒子散射实验等问题，经典电磁 学理论和经典力学理论仍适用。α 粒子接近原子核时，原子核 外电子对它的作用可忽略。
2．α 粒子在金原子核电场作用下的散射情况如图 223 所示，虚线 表示 α 粒子的运动轨迹，实线表示金核电场的等势面。设 α 粒 子通过 a、b、c 三点时速率分别为 va、vb、vc，电势能分别为 Ea、Eb、Ec，则下列选项中正确的是 ( )
第 二 章
第 2 节 原 子 的 核 式 结 构 模 型
学之窗
师之说
知识点一 知识点二
考向一 考向二
原 子 结 构
考之向
梦之旅
第2节
原子的核式结构模型
一、α粒子散射实验 1．汤姆孙的原子模型(如图 221) 汤姆孙于 1898 年提出了原子模型，他认为原子是一个
球体 ， 正电荷 弥漫性地均匀分布在整个球体内， 电子 镶嵌
1．卢瑟福的 α 粒子散射实验说明了下列哪些情况 A．原子内的正电荷全部集中在原子核里 B．原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上 C．原子内的正负电荷是一对一整齐排列的 D．原子的几乎全部质量都集中在原子核里
(
)
解析：卢瑟福的 α 粒子散射实验中，少数 α 粒子发生了大角度 偏转，这是原子中带正电部分作用的结果。由于大角度偏转的 α 粒子数极少，说明原子中绝大部分是空的，带正电部分的体 积很小。带负电的电子绕核运动的向心力即是原子核对它的引 力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全部正电荷和几乎 全部质量，故选项 A、D 正确。
图 223
A．va>vb>vc B．vb>vc>va C．vb>va>vc D．vb<va<vc
Eb>Ea>Ec Eb<Ea<Ec Eb<Ea<Ec Eb>Ea>Ec
解析： α 粒子在金原子核周围散射运动规律类同于＋q 检验电荷 在＋Q 点电荷形成的电场中的运动规律。 在离金原子核越近处， 电势越高，电势能越大，动能越小，电势能和动能总和保持不 变，故 D 正确。
对 α 粒子散射实验的认识与理解
1．实验装置 如图 222 所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成。
图 222
2．注意事项 (1)从 α 粒子源到荧光屏这段路程处于真空中。 (2)α 粒子是氮核，本身很小，金箔需很薄，α 粒子才能很 容易穿过。 (3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数 大，α 粒子与金核间库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好， 容易做成极薄的金箔。 3．实验结果 α 粒子穿过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方 向前进，少数发生较大的偏转，偏转的角度甚至大于 90° ，也 就是说它们几乎被“撞”了回来。
－10 －15
m。
m ，两者相差十万倍之多。可见原子
α 粒子散射实验 ，但是，经典的物理学既无法解释原子的 稳定性 ，又无
法解释原子发光频谱的 分立 特征。
1．判断： (1)α 粒子散射实验中大多数 α 粒子发生了大角度偏转或反弹。 ( (2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型。 ( (3)α 粒子大角度的偏转是电子造成的。 ( ) ) )
答案：AD
α 粒子散射实验中的能量转化问题
1．α 粒子的受力特点 Qq α 粒子与原子核间的作用力是库仑斥力，大小为 F＝k r2 。α 粒子离原子核越近，库仑斥力越大，它的加速度越大，反之则越 小，α 粒子的受力方向沿原子核与 α 粒子的连线指向 α 粒子。 2．库仑力对 α 粒子的做功情况及能量转化情况 (1)当 α 粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加； 远离时，库仑斥力做正功，电势能减小。 (2)仅有库仑力做功， 只是电势能和动能相互转化， 而总能量 保持不变。
绝大多数 α 粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进。 少数 α 粒子发生大角度偏转，偏转角甚至大于 90° 。
(3)卢瑟福通过 α 粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型， 建立了 核式结构 模型。
二、卢瑟福的核式结构模型 1．1911 年由卢瑟福提出：在原子的中心有一个很小的核叫 原子核 ， 原子的 所有 正电荷和 几乎所有 质量都集中在原子核里， 带负电的电子在
核外空间 里绕核旋转。
2．原子核的组成：原子核是由 质子 和 中子 组成的，原子核的电荷 数就是核中的 质子数 。 3．原子核的大小：实验确定的原子核半径 R 的数量级为 10 而整个原子的半径的数量级是 10 内部是十分“空旷”的。 三、经典理论的困难 卢瑟福的核式结构模型正确地指出了 原子核 的存在， 很好地解释了