知识讲解 原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论 (基础)
物理原子结构知识总结
物理原子结构知识总结物理原子结构是高中物理选修模块里的一个知识点，为了方便同学们复习，接下来店铺为你整理了物理原子结构知识总结，一起来看看吧。
物理原子结构知识：原子核结构模型1、电子的发现和汤姆生的原子模型：⑴电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列研究，从而发现了电子。
电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。
⑵汤姆生的原子模型：1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。
2、粒子散射实验和原子核结构模型⑴粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的。
⑵原子的核式结构模型：由于粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使粒子运动方向发生明显的改变，只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动产生明显的影响。
如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，粒了运动将不发生明显改变。
散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。
1911年，卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。
原子核半径约为10-15m，原子轨道半径约为10-10m。
⑶光谱①观察光谱的仪器，分光镜②光谱的分类，产生和特征发射光谱连续光谱产生特征由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的，一切波长的光组成明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成吸收光谱高温物体发出的白光，通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上，由一些不连续的暗线组成的光谱③光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析。
原子物理学总复习
段正路
2014年
1
第一章 原子的基本状况
重点： 1，原子的核式结构 2，α粒子散射实验的意义
2
1、卢瑟福的原子核式模型
原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中央一 个很小的体积内，称为原子核。原子中的电子在核的周围 绕核运动。
2. α粒子的散射实验：
α粒子被静止核的库仑场散射的角度θ由下式决定
• Z：质子数 • A: 质量数
C4 0
20
a
原子核的角动量
P 核 LnSnLpSp
P核 I(I1)h
原子核的磁矩
I g
I(I1) he 2M
38
原子核的统计性：A为奇数的原子核属于费米子；A为偶 数的原子核属于玻色子。
原子核的结合能
E [Z m p (A Z )m n m 核 ]C 2 或 E [Z m H (A Z )m n m 原 子 ]C 2
r rr 总角动量 JLS JLS,LS 1 ,......,LS
L LS耦合下的原子态符号表示:
2S 1
s=0，单重态
J s=1，三重态
能级排布规则
洪特定则 朗德间隔定则
17
j-j 耦合
rjrj21 rrll12srsr12 rr r Jj1j2
j1 l1 s 1 ,l1 s 1 1 ,....,l1 s 1 j2 l2 s 2 ,l2 s 2 1 ,....,l2 s 2 Jj1j2,j1j2 1 ,....,j1j2
% 1R (m 12n 1 2)Tm Tn
R — 里德堡常数；T(m) —光谱项。
光谱线系 m = 1，n = 2、3、4…，赖曼系（紫外） m = 2，n = 3、4、5…，巴尔末系（可见光） m = 3，n = 4、5、6…，帕邢系（红外） m = 4，n = 5、6、7…，布喇开系（远红外）
高中物理第2章原子结构第3节玻尔的原子模型第4节氢原子光谱与能级结构课件鲁科版选修3
定态 E1，辐射的光子能量为 hν＝E2－E1
基本 内容
假设
原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道．原
子的能量状态是不连续的，电子不能在任意半径的轨 轨道 道上运行，只有轨道半径 r 跟电子动量 mev 的乘积满 假设 足下式 mevr＝n2hπ(n＝1，2，3，…)这些轨道才是可
对玻尔原子模型的理解 1.轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的 数值． 模型中保留了卢瑟福的核式结构，但他认为核外电子的轨道是 不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不 是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢 原子的电子最小轨道半径为 r1＝0.053 nm，其余可能的轨道半 径还有 0.212 nm、0.477 nm、…不可能出现介于这些轨道半径 之间的其他值．这样的轨道形式称为轨道量子化．
按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远， 氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原 子的基态能量为 E1(E1<0)，电子质量为 m，基态氢原子中的电 子吸收一频率为 ν 的光子被电离后，电子速度大小为 ________(普朗克常量为 h)． [思路点拨] 根据玻尔原子理论与能量守恒定律求解．
得到了氢原子的能级结构图(如图所示)．
n＝∞————————E∞＝0 ⋮
n＝5 ————————E5＝－0.54 eV n＝4 ————————E4＝－0.85 eV n＝3 ————————E3＝－1.51 eV n＝2 ————————E2＝－3.4 eV n＝1 ————————E1＝－13.6 eV
4.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．
原子与原子核——知识介绍
原子和原子核 ——知识介绍一．原子结构（一）原子的核式结构人们认识原子有复杂结构是从1897年汤姆生发现电子开始的。
汤姆生通过研究对阴极射线的分析发现了电子，从而知道，电子是原子的组成部分，为了保持原子的电中性，除了带负电的电子外，还必须有等量的正电荷。
因此汤姆生提出了“葡萄干面包”模型：正电荷部分连续分布于整个原子，电子镶在其中。
1909年卢瑟福在α粒子散射实验中，以α粒子轰击重金属箔发现：大多数α粒子穿过薄膜后的散射角很小，但还有八千分之一的α粒子，散射角超过了900，有些甚至被弹回来，散射角几乎达到1800。
1911年卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核称为原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。
从α粒子散射实验的数据可以估计出原子核的大小约为10-15——10-14米，原子半径大约为10-10米。
原子核式结构模型较好的解释了α粒子散射实验现象，也说明了汤姆生的“葡萄干面包”模型是错误的。
（二）玻尔的氢原子理论1．1．巴耳末公式1885年，瑞士物理学家巴耳末首先发现氢原子光谱中可见光区的四条谱线的波长，可用一经验公式来表示：)121(122n R -=λ n =3，4，5……式中λ为波长，R =×10 7米-1称为里德伯恒量，上式称为巴耳末公式。
2．2．里德伯公式1889年，里德伯发现氢原子光谱德所有谱线波长可用一个普通的经验公式表示出来：)11(122n m R -=λ式中n=m+1，m+2，m+3……，上式称为里德伯公式。
对于每一个m ，上式可构成一个光谱系： m=1，n=2，3，4……赖曼系（紫外区）m=2，n=3，4，5……巴尔末系（可见光区）m=3，n=4，5，6……帕邢系（红外区）m=4，n=5，6，7……布喇开系（远红外区）3．3．玻尔的氢原子理论卢瑟福的原子核式结构模型能成功地解释α粒子散射实验，但无法解释原子的稳定性和原子光谱是明线光谱等问题。
氢原子光谱和波尔的原子结构模型
我们知道了核外电子排布，那核外电子 是如何运动的呢？
模
型
原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几 乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同 的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。
卢瑟福的原子结构理论遇到的问题
根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的时候会放出电 磁波（能量）。因此，绕着原子核旋转的电子，因为能量逐渐减小 ，应当沿着一条螺旋形的轨道转动，离中心的原子核越来越近，最 后碰在原子核上。这样一来，原子就被破坏了。
100年后：汤姆逊用发现了电子，并且在各种元素的 原子中都有电子。这样看来，原子就不是不可再分的 了！也就是说，原子不是最最基本的物质粒子了！
1903
汤 姆 逊（ 原 子年 模） 型
原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌 着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
1911
卢
瑟
福（
原
子
年 ）
3、洪特规则
在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不 同的轨道，且自旋状态相同
练习：写出：碳、硫、钛（22Ti）的轨道表示式
练习：请写出下列元素原子的电子排布图。
钪21Sc， 铬24Cr, 铁26Fe, 铜29Cu, 砷33As
洪特规则的特例：
对于能量相同的轨道(同一电子亚层)，当电子排布处 于全满（s2、p6、d10、f14）、半满（s1、p3、d5、f7）、全 空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定，整个体系的能量最低。
【现学现用】焰火、霓虹灯探密
用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放 时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释 发光的原因： __燃__烧__时__，__电__子__获__得__能__量__，__从__能__量__较__低__的__轨__道__向__能__量__较__ _高__的__轨__道__跃__迁__，__跃__迁__到__能__量__较__高__的__轨__道__的__电__子__处__于__一___ _种__不__稳__定__的__状__态__，__它__随__即__就__会__跃__达__到__能__量__较__低__的__轨__道___ _，__并__向__外__界__以__光__能__的__形__式__释__放__能__量_。
原子物理知识点详细汇总
百度文库 - 让每个人平等地提升自我第一讲 原 子 物 理自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。
本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。
§ 原子1．1．1、原子的核式结构1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的。
1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。
1911年，卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说，这个学说的内容是：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质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm 以下。
1、1．2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。
电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。
由此可得两点结论：①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统； ②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。
原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。
如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。
为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。
原子物理 知识要点
原子物理 知识要点第一节 电子的发现与汤姆孙模型 1、阴极射线 2、汤姆孙的研究3. 汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。
第二节 原子的核式结构模型 1、粒子散射实验原理、装置 （1）粒子散射实验原理：（2）粒子散射实验装置 主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜几部分组成。
（3）实验的观察结果 入射的粒子分为三部分。
大部分沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。
2、原子的核式结构的提出三个问题：用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释粒子大角度散射？（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？（2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？小结：实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。
①绝大多数粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。
②少数粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。
③极少数粒子被弹回 表明：作用力很大；质量很大；电量集中。
3、原子核的电荷与大小4.卢瑟福原子核式结构模型 第三节 波尔的原子模型卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。
1、玻尔的原子理论（1）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，电子虽然绕核运动，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En ）跃迁到另一种定态（设能量为E m ）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决定，即（h 为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）（3）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，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。
波尔的氢原子理论
发射光谱和吸收光谱
1 发射光谱：原子受激后 又自动“退激”而自发 发出的辐射。
2 吸收光谱：在连续光 谱照射下，原子吸收 光子，明亮背景上出 现了若干暗线。
激 发 态
能级图
基态 20
六 玻尔理论的成功及局限
1 成功 -- 1922年获诺贝尔奖 (1)定态能级假设与原子的稳定性；(2)能级间跃迁的频率条件。 (3)能较好地解释氢原子光谱和类氢原子光谱。 2 局限性 (1)用经典理论推出电子有固定轨道、确定的空间坐标和速度 (2)人为引进量子条件，限制电子运动 (3)只能解释H及类H原子，也解释不了原子的精细结构。
1 n2 )
k=n-1
2(n 1) me 4
n2 (n 1)2 8 02h3
当n很大时：
rn
0h2n2 me 2
n2r1
En
me 4
8 02h2
1 n2
E1 n2
n 1,2,3,
nk
2 n3
me 4 8ε02h3
me 4 4ε02h3n3
23
当n很大时：
nk
2 n3
me 4
8
5 6 普芳德（Pfund）系
区域 紫外 可见 可见 红外 红外
此后又发现碱金属也有类似的规律。
日期 1906年 1880年 1908年 1922年 1924年
3 里兹并合原理
~ T(m α) T(n β)
R
光谱项 ： T(m) (m )2
R
T (n) (n )2 10
三 经典电磁理论遇到的困难
1 汤姆逊葡萄干面包模型
1903年，汤姆孙提出原子结构模 型：原子里面带正电的部分均匀地 分布在整个原子球体中，而带负电 的电子镶嵌在带正电的球体之中。 带正电的球体与带负电的电子二者 电量相等，故原子不显电性。
17.2 玻尔的氢原子模型
5
大学物 理学
17.2玻尔的氢原子模型
v
行星模型
1 原子能量及频率
e2 v2 Fn F 2 m 4 0 r r 1 e2 Ek 4 0 2r 1
F
e
e2 1 e2 E p EP 4 0 r 4 0 r 1 e2 E Ek EP 4 0 2r v e 1 2r 2 4 0 m r2 1
第17章 量子物理基础
2
大学物 理学
1 1 n 3,4,5 R 2 2 （1）巴尔末线系（可见光）： 2 n 1 1 （2）赖曼线系（紫外区）： R 2 2 n 2,3,4, 1 n 1 1 （3）帕邢线系（红外区）： R 2 2 3 n
（1）极限波长
n , min B 3645 .98A0
（2）频率
1 1 Rc 2 2 2 n c
R 1.09710107 m1
H H
H H
min
---里德伯常量
1 1 R 2 2 （3）波数： 2 n 波数：单位长度上所含完整波的数目 1
hc
2.86ev 1ev 1.6010
量子物理基础
19
J
第17章
20
大学物 理学
17.2玻尔的氢原子模型
（2）En→Ek，n=?,k=?
巴尔末线系 k 2
E1 13.6 Ek 2 3.4eV 2 k 2 E1 En 2 Ek h n
n E1 5 E k h
8
大学物 理学
17.2玻尔的氢原子模型
高中物理【原子结构和原子核】知识点、规律总结
两类核衰变在磁场中的径迹 [素养必备]
静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，α 衰变时两圆外切，β 衰变时两圆 内切，根据动量守恒 m1v1＝m2v2 和 r＝mqBv知，半径小的为新核，半径大的为 α 粒子或 β 粒子，其特点对比如下表：
α 衰变
AZX→AZ－－24Y＋42He
β 衰变
AZX→Z＋A1Y＋0－1e
特征
3．氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝ R212－n12(n＝3，4，5，…，R 是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)．
4．光谱分析：利用每种原子都有自己的_特__征__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．
(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的_正__电__荷___和几乎 全部__质__量__都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
二、氢原子光谱 1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强 度分布的记录，即光谱． 2．光谱分类
连续
吸收
师生互动
1．α 衰变、β 衰变的比较
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变方程
AZX→AZ－－24Y＋42He
AZX→Z＋A1Y＋－01e
2 个质子和 2 个中子结合成一个整体射 1 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子
衰变实质 出
衰变规律
211H＋210n→42Βιβλιοθήκη e10n→11H＋－01e
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
五、核力和核能 1．核力 原子核内部，_核__子__间___所特有的相互作用力． 2．核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损 Δm，其对应的能量 ΔE＝__Δ__m_c_2___． (2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加 Δm，吸收的能量为 ΔE ＝__Δ_m__c_2___．
原子结构知识总结
原子结构目标认知学习目标1、了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验，知道电子的发现和原子的核式结构模型2、通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
学习重点和难点核式结构模型、玻尔理论知识要点梳理知识点一——电子的发现1、阴极射线通常情况下，气体是不导电的；但在强电场中，气体能够被电离而导电。
气体分子内部具有电荷，平时，正电荷和负电荷的数量相等，对外呈电中性。
如果分子处于电场中，正电荷与负电荷的受力方向相反，电场很强时正负电荷被“撕开”，于是出现了自由电荷，气体就能导电了。
平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果。
通常大气中分子的密度很大，电离后的自由电荷运动时会与空气分子碰撞，正负电荷重新复合，所以难以形成稳定的气体放电电流。
在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体。
稀薄气体放电时可以看到辉光放电现象，如图所示，玻璃管的两端装有电极，管中有稀薄气体。
将感应圈产生的数千伏以上的高电压加到放电管的两极，可以看到管壁上有辉光放电现象。
如果管内的气体分子很少，气体压强降到0.1Pa以下，也就是管内成了通常所说的真空，这时就看不到辉光放电的现象了。
但是，如果在阳极上钻一个小孔，则在阳极孔外的玻璃管壁上可以看到荧光，如果在管内放入一个物体，那么荧光中就会出现该物体的阴影。
早在1858年，德国物理学家普吕克尔就发现了这种现象。
1876年，另一位德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。
2、电子的发现从1890年起，英国物理学家J.J汤姆孙对阴极射线进行了一系列实验研究。
如图是他当时使用的气体放电管的示意图，由阴极C发出的阴极射线通过狭缝A、B形成一条狭窄的射线，它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。
通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹。
（1）汤姆孙研究了阴级射线在电场和磁场中的偏转，确认射线是带负电的粒子，并测定计算出这种带电粒子的比荷（带电粒子的电荷量与其质量之比，即q/m，又称荷质比）。
高三物理原子的核式结构与玻尔理论
能力· 思维· 方法
【解题回顾】观察下列宏观物体的波动性， 是因为，波长大小，而微观粒子的德布罗意 波长较大，就较容量观察到其波动性.
延伸· 拓展
【例4】α 粒子散射实验中，当α 粒子最接近 原子核时，α 粒子符合下列的情况是（AD） A.动能最小 B.势能最小 C.α 粒子与金原子核组成的系统的能量最小
课 前 热 身
1.第一次发现电子的科学家是 汤姆生 ，他提出 了 枣糕式 原子模型. 2.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现 象提出来的（C） A.光电效应 B.氢原子光谱实验
C.α 粒子散射实验
D.天然放射现象
课 前 热 身
3.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据 是在α 粒子散射实验中发现粒子（C）
En=E1/n2(n=1、2、3……)
轨道公式：rn=n2r1(n=1、2、3……) n为量子数，只能取正整数，En是半径为rn 的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上 运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限 远处为零电势点，则E1=-13.6eV.
要点· 疑点· 考点
注意：量子数n=1定态，又叫基态，能 量值最小，电子动能最大，电势最小；量子 数越大，能量值越大，电子动能越小，电势 能越大.
能力· 思维· 方法
【解析】根据玻尔理论，当处于基态的氢原 子受到某单色光照射时，氢原子应吸收一个 光子的能量h，从基态跳迁到某一定态，如果 处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发 出频率为1、2、3的三种光，则该定态一定 为第三能级，再由三种光的频率的大小和氢 原子能级关系，当有h1＜h2＜h3 ，而且有 （h1+h2）=h3，而h3为照射光的光子能量， 也为基态与第三能级间的能量差，故本题答 案为C.
第3节 氢原子模型及玻尔的氢原子理论
③.原子核的体积比原子的体积小得多。
3
原子半径~10-10m，原子核半径10-14 ~10-
卢瑟福的原子有核模型可以解释粒子的散射实验： 绝大多数的粒子会穿透原子按原方向进行，只有极 少数的粒子进到核处而产生大角度散射。 后来盖革和马斯顿又仔细地进行了 粒子散射实验，证实了卢瑟福结构模型 的正确性。 原子核式结构模型的建立，只肯定 了原子核的存在，但还不知道原子核外 电子的情况。
6
2
1 ~ 1896年里德伯用波数 来表示谱线，
2 n 波数：单位长度中所包含的波形数目。 B 2 2 n -2 2 1 41 1 1 n 4 ~ 2 - 2 2 B n B 2 n 4 7 -1 里德伯常数 RH 1.097373 10 m 令 RH B
汤姆逊的原子结构模型无法解 释这种现象。 这种大角度散射不可能解释为都是 偶然的小角度的累积—这种可能性要比 1/8000小得多，绝大多数是一次碰撞 的结果。但这不可能在汤姆逊模型那 样的原子中发生。 3. 卢瑟福原子有核模型 ①.原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量， 集中了原子中全部的正电荷。 ②.电子绕原子核旋转。
10
四、卢瑟福有核原子模型的困难
卢瑟福有核原子模型无法解释 氢原子光谱的规律。 按经典理论电子绕核旋转，作加 速运动，电子将不断向四周辐射电磁 波，它的能量不断减小，从而将逐渐 靠近原子核，最后落入原子核中。
播放动画
11
轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是 连续的， 原子光谱应是连续的光谱。实验表明原子相 当稳定，这一结论与实验不符。实验测得原子光谱是 不续的谱线。 1913年，玻尔在卢瑟福的有核模型的基础上，推 广了普朗克和爱因斯坦的量子概念，并引用到原子中 来。提出了关于原子模型的三个假设。
玻尔氢原子理论
4 里德伯常数 令 RH = B
RH = 1.097373 ×107 m 1
~=R 1 1 巴尔末公式 ν n = 3,4,5, H 2 2 2 n
氢原子光谱的其它谱线,也先后被帕邢, 氢原子光谱的其它谱线,也先后被帕邢,布喇 普丰德等人发现. 开,普丰德等人发现.
~= =R ( 1 1 ) ν H 2 2 λ m n
e 1 2 En = mV + ( )(5) 2 4πε0rn 2 2 e V 由(1)式: 2 ) = m (1) e 2 2 4πε0r mV = (6) 2 r 2 h ε0 4πε0rn rn = n (3) 2 (6)代入(5)式 )代入( ) πme 2 2 2 1 e e e En = + ( ) = (7) 2 4πε0rn 4πε0rn 8πε0rn
这种大角度散射不可能解释为都是偶 然的小角度的累积—这种可能性要比 然的小角度的累积 这种可能性要比 1/8000小得多,绝大多数是一次碰撞的结 小得多, 小得多 果.但这不可能在汤姆逊模型那样的原子中 发生. 发生. 3. 卢瑟福原子有核模型 ①.原子的中心是原子核,几乎占有原子的全部质量, 原子的中心是原子核, 原子的中心是原子核 几乎占有原子的全部质量, 集中了原子中全部的正电荷. 集中了原子中全部的正电荷. 电子绕原子核旋转. ②.电子绕原子核旋转. 电子绕原子核旋转 原子核的体积比原子的体积小得多. ③.原子核的体积比原子的体积小得多. 原子核的体积比原子的体积小得多 原子半径~1010m,原子核半径 14 ~10 原子核半径10 原子半径 原子核半径 15m
Hα
Hβ
Hγ Hδ
H∞
n=3 656.3
4
5
∞486.3Fra bibliotek364.56nm
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物理总复习：原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论编稿：李传安 审稿：张金虎【考纲要求】1、知道卢瑟福的原子核式结构学说及α粒子散射实验现象2、知道玻尔理论的要点及氢原子光谱、氢原子能级结构、能级公式3、会进行简单的原子跃迁方面的计算【知识络】【考点梳理】考点一、原子的核式结构要点诠释：1、α粒子散射实验（1）为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构：原子的结构非常紧密，一般的方 法无法探测它。
α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的高速运动的粒子，带 有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。
（2）实验装置：放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘组成。
荧光屏、放大镜能围 绕金箔在圆周上转动，从而观察到穿过金箔偏转角度不同的α粒子。
（3）实验现象：大部分α粒子穿过金属箔沿直线运动；只有极少数α粒子明显地受到 排斥力作用而发生大角度散射。
绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α 粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转 角几乎达到180°。
（4）实验分析：①电子不可能使α粒子大角度散射；②汤姆孙原子结构与实验现象不符； ③少数α粒子大角度偏转，甚至反弹，说明受到大质量大电量物质的作用。
④绝大多数 α粒子基本没有受到力的作用，说明原子中绝大部分是空的。
记住原子和原子核尺度：原子1010-m ，原子核1510-m2、原子的核式结构卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：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所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。
原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数。
原子的半径大约是1010-m ，原子核的大小约为1510-m ～1410-m 。
【例题】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出（ ）A.原子的核式结构模型．B.原子核内有中子存在．C.电子是原子的组成部分．D.原子核是由质子和中子组成的．【解析】英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数α粒子发生较大的偏转。
α粒子散射实验只发现原子核可以再分，但并不涉及原子核内的结构。
查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现了质子。
【答案】AC考点二、玻尔的氢原子模型要点诠释：1、玻尔的三条假说（1）轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值；（2）能量状态量子化：原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量；（3）跃迁假说：原子从一种定态向另一种定态跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量21E h E E ν==-。
2、氢原子能级（1）氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级。
最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定，其他能级叫激发态。
（2）氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能E k 和电势能E p 的代数和。
由12n E E n =和E 1＝－13.6 eV 可知，氢原子各定态的能量值均为负值。
因此，不能根据氢原子的能级公式12n E E n=得出氢原子各定态能量与n 2成反比的错误结论。
（3）氢原子的能级图：（4）氢原子核外电子绕核运动的向心力即为原子核所带正电荷对电子的库仑引力。
设氢原子基态轨道半径为r 1，则由库仑定律和向心力公式得22211e v k m r r = 所以 2211113.622k ke E mv eV r === 111127.22p k k E E E e V E =-=-=- 可见，氢原子基态中电子绕核运动的动能值恰等于基态能级的绝对值，而电势能的绝对值恰等于电子动能值的2倍。
该结论对氢原子的任何能级都成立。
3、原子光谱及应用（1）原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的光组成，又叫原子光谱；（2）原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质成分。
（3）原子的跃迁条件：21E h E E ν==-只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离，则不受此条件的限制。
如基态氢原子的电离能为13.6 eV ，只要大于或等于13.6 eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大（至于实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁）。
（4）原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁。
由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁。
若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线。
可以证明第n 能级的氢原子自发跃迁辐射时能发出的光谱线条数2(1)2n n n N C -==。
4、电子云玻尔模型引入了量子化观点，但不完善。
在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。
把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”。
5、对氢原子能级图还需理解以下几点（1）1，2，3，…….叫量子数，所标数值为该能级的能量值。
越往上能级差越小（越密），能量值越大；越往下能级差越大（越稀），能量值越小。
（2）从低能级向高能级跃迁时要吸收能量（图上：由下向上吸收能量），从高能级向低能级跃迁时要放出能量（图上：由上向下放出能量），也叫辐射能量。
（3）光谱线条数：第n 能级的氢原子自发跃迁辐射时能发出的光谱线条数(1)2n n N -=。
如：处于n=3的激发态的一群氢原子自发跃迁时，产生三条光谱线，如图。
处于n=4的激发态的一群氢原子自发跃迁时，产生六条光谱线。
（4）原子的跃迁条件：21E h E E ν==- 适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。
如：处于n=1 即基态的氢原子当吸收的能量正好等于13.6－3.4=10.2 eV 时，跃迁到n=2的激发态。
如果用10.6 eV 的光子照射，10.6 eV 大于10.2 eV 则不能跃迁。
如果用10.0 eV 的光子照射，10.0eV 小于10.2 eV 也不能跃迁。
即吸收的能量正好等于两个能级差是，才能发生跃迁。
（5）各能级的能量值也是氢原子在该能级的电离能。
若能量大于氢原子的电离能（13.6eV ），它足以使氢原子电离（使电子脱离核的束缚而成为自由电子），因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制。
如果用14eV 的光子照射处于基态的氢原子时，使氢原子电离而发生跃迁。
如果用3.5eV 的光子照射处于n=2能级的氢原子时，也能使氢原子电离而发生跃迁。
（6）用电子去碰撞氢原子：电子是实物粒子，若用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态的能量之差，也可使氢原子激发。
如：用11eV 的电子碰撞处于基态的氢原子，11eV 大于10.2eV ， 也可使氢原子激发。
（7）由21cE h h E E νλ===- 可知，能级差越大，光谱线的频率越高，波长越短。
如图中32→光谱线能级差最小，频率最低，波长最长。
31→光谱线能级差最大，频率最高，波长最短。
（8）紫外线、可见光、红外线的范围如图。
由图可知：可见光的范围是从高能级到第2个能级之间的光线，但并不是所有的光线，可见光的光子能量在1.62eV 到3.11eV 之间。
32→光谱线能级差为 1.51( 3.4) 1.89eV eV ---=为可见光。
43→光谱线能级差为0.85( 1.51)0.66eV eV ---=为红外线。
3n →（3n >）为红外线。
62→（6213.60.386E eV =-=-）光谱线能级差为0.38( 3.4) 3.02eV eV ---=为可见光。
72→（7213.60.287E eV =-=-）光谱线能级差为0.28( 3.4) 3.12eV eV ---=为红外线。
由此可见：可见光为32→、42→、52→、62→的光线。
21→为紫外线，1n →（1n >）都为紫外线。
【典型例题】类型一、对卢瑟福核式结构的理解及应用例1、1911年卢瑟福为探索原子的内部结构进行了“α粒子散射实验”用一束带正电的、质量比电子大得多的高速运动的α粒子轰击金箔．实验时发现（示意图如图）（1）大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向；（2）一小部分α粒子改变了原来的运动方向；（3）有极少部分α粒子被弹了回来． 下列由该实验分析得出的认识中，正确的是（ ）A ．原子核不带电B ．原子是实心的球体C ．原子质量主要集中在原子核D ．原子核由质子和中子构成【思路点拨】根据①大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向，说明原子中有一个很大的空间，原子不是一个实心球体；②一小部分α粒子改变了原来的运动方向，说明原子内有含有带正电荷的微粒，同种电荷相互排斥，使α粒子改变了原来的运动方向；③有极少数α粒子被弹了回来，说明金原子中有体积很小，质量大的原子核；结合所学原子的构成知识进行分析解答。
【答案】C【解析】A 、根据题意：α粒子带正电荷，一小部分α粒子改变了原来的运动方向，由于同种电荷相互排斥，说明原子核带正电荷，A 错；B 、大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向，说明金原子中有一个很大的空间，原子不是一个实心球体，B 错； C 、有极少数α粒子被弹了回来，说明金原子中有体积很小、质量大的原子核，C 对；D 、根据卢瑟福为探索原子的内部结构进行的“α粒子散射实验”，无法得出原子核的构成，D 错，故选C 。
【总结升华】本题有一定难度，主要考查对原子的构成、对新信息获取及灵活运用所学原子构成的知识解决问题的能力。
举一反三【变式1】（2016 上海）卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在（ ）A. 电子B. 中子C. 质子D. 原子核【答案】D【解析】卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。
故选项D正确。
故选D。
【变式2】（2015 天津卷）下列能揭示原子具有核式结构的实验是A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现C．α粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现【答案】C【解析】光电效应实验说明光具有粒子性；伦琴射线的发现说明原子核内也有结构；氢原子光谱的发现说明原子中的电子轨道量子化和定态，不同元素的原子具有不同的特征谱线。