第18章原子结构导学案

学习目标:
（1）了解阴极射线及电子发现的过程；初步了解原子不是最小不可分割的粒子。

（2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。

培养学生对问题的分析和解决能力.
课前预习案：
一、阴极射线
1．演示实验：如图所示，真空玻璃管中，K 是金属板制成的______，接在感应线圈的______上，金属环制成的______A ，接感应线圈的______，接通电源后，观察管端玻璃壁上亮度的变化．
2．实验现象：德国物理学家普吕克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的______及管中物体在玻璃壁上的______．
3．实验分析：荧光的实质是由于玻璃受到______发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为__________．
二、电子的发现
1．汤姆孙对阴极射线的探究
(1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据______现象，证明它是________的粒子流并求出了其比荷．
(2)换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的__________相同，是氢离子比荷的近两千倍．
(3)结论：粒子带______，其电荷量的大小与________大致相同，而质量________氢离子的质量，后来组成阴极射线的粒子被称为______． 课堂探究案：
一、第47页中的研究阴极射线的实验，
分组讨论如何判断射线的电性?
二、电子的发现
物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。

实验装置如图(课本图18.1-2所示)，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C 1C 2后沿直线打在荧光屏A ＇上。

（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则
'
+
可判定，阴极射线带有_____电荷。

（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。

并求出=0v ?
（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况，利用已有的知识自行推导出电子比荷的表达式。

其速度偏转角为：
=
θtan
又因为：
=θtan
则：L
B L D Ey
m
q 2
)2
(+=
思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？ 。

当堂检测案
1.阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是 。

若在如图18-1-3所示的阴极射线管中都加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将 （填“向下”“向上”“向外”）偏转。

2.如图18-1-5所示，有一电子（电荷量为e ）经电压为U 0的电
场加速后，进入两块间距为d ，电压为U 的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：金属板AB 的长度。

3.你认为电子的发现，对人类探索物质微观世界有什么重大意义？
图18-1-3
B
U 0
+
+
+
+
图18-1-5
x
学习目标
（1）了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据；
（2）知道 粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。

体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用；
课前预习案：
本节重点讲述了α粒子的散射实验及原子的核式结构模型。

1.卢瑟福α粒子散射实验的结果是：绝大多数α粒子穿过金箔
后，少数α粒子发生了，极少数偏转角超过了90°，甚至被“反弹”回来。

2.α粒子散射实验中，造成α粒子偏转的主要原因是核内正电体对α粒子的作用。

3.卢瑟福通过__________________实验提出了著名的______________模型。

4.根据卢瑟福核式结构理论，原子的和都集中在原子核里。

5.原子核半径的数量级为m，原子半径的数量级是m。

6.原子核所带正电荷数与以及该元素在周期表内的相等。

7.电子绕核旋转所需向心力就是核对它的。

课堂探究案：
1.如何建立原子结构模型的问题，为什么可以用α粒子散射实验建构，以及α粒子散射实验怎样推翻了汤姆生的原子模型说。

2 α粒子散射的实验结论与原子核式结构模型的具体关系。

(1)绝大多数α粒子没有明显偏转，说明什么？你能说出具休原因吗？
(2)极少数α粒子发生大角度偏转，有的甚至偏转角达180°。

说明什么？
我的困惑：
1.为什么可以用α粒子散射实验来研究原子的结构。

2.在进行α粒子散射的实验中为什么要用金等重金属，而不可以选用铝箔等轻金属。

课堂检测案
1.在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（）
A.全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进
B.绝大多数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回
C.少数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回
D.全部α粒子都发生很大偏转
2.卢瑟福α粒子散射实验的结果（）
A.证明了质子的存在
B.证明了原子核是由质子和中子组成的
C.说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
D.说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动
3.关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）
A．只有极少数α粒子发生了大角度散射
B．α粒子散射实验的结果说明了带正电的物质只占整个原子的很小空间
C．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能减小
D．α粒子散射实验的结果否定了汤姆生给出的原子“枣糕模型”
4.下列关于原子核结构的说法正确的是
A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂的结构
B．α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C．α粒子散射实验中绝大多数α粒子发生了大角度偏转
D．α粒子散射实验中有的α粒子生了大角度偏转的原因是α粒子与原子核发生碰撞所致
5.在α粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为
A．电子体积很小，以致α粒子碰不到它
B．电子质量远比比α粒子小，所以它对α粒子运动到影响极其微小
C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消
D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零
第三节
学习目标
1．了解光谱的定义和分类。

2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

3．了解经典原子理论的困难。

课前预习案：
本节课重点讲述了氢原子光谱的实验规律及经典理论的困难。

1.有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫_____________，这样的光谱叫_______________。

有的光谱看起来是连续在一起的光带，这样的光谱叫________________。

2.光谱的类型主要有________________和________________。

3.不同原子发出的光谱都不同，这样的光谱也叫________________。

4.利用光谱分析可以________________。

5.在酒精灯的酒精中溶解些食盐，灯焰会发出明亮的黄光，用摄谱仪拍摄下来的光谱中就会有钠的____________（填“明线”或“暗线”）光谱。

用摄谱仪拍摄太阳光，可以分析太阳大气的成份，就是利用太阳光的____________（填“明线”或“暗线”）光谱。

6.巴耳末公式反映了氢原子辐射的分立特征。

7.卢瑟福的核式结构模型正确地指出了________________________的存在，很好的解释了____________________，但是经典的物理学既无法解释原子的____________________，又无法解释原子光谱的________________特征。

课堂探究案
本节重点是连续谱和线状谱的区别及氢原子光谱的实验规律。

巴耳末公式中的n有两层含义请同学们讨论n的两层含义？
（1）
（2）
经典物理学在解释原子光谱时遇到了什么困难？
分组讨论并回答下列问题
1．关于光谱,下面说法中正确的是 ( ) A.炽热的液体发射连续光谱
B.太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素
C.明线光谱和暗线光谱都可用于对物质成分进行分析
D.发射光谱一定是连续光谱
2根据经典电磁理论，从卢瑟福原子模型可以得到的推论是 （ ） A ．原子十分稳定，原子光谱是连续谱 B ．原子十分稳定，原子光谱是线状谱 C ．原子很不稳定，原子光谱是连续谱 D ．原子很不稳定，原子光谱是线状谱 3．下列关于光谱的说法正确的是 （ ） A ．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成。

B ．大量的原子发生的光谱是连续谱，少量的原子发生的光谱是线状谱。

C ．巴耳末公式
⎪⎭⎫- ⎝⎛=2212
1
1
n R λλ中的n 只能取大于等于3的整数 D ．气体发出的光可能产生明线光谱，也可能产生暗线谱。

课后探究案
1.下列关于光谱的说法正确的是 ( ) A ．炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱
B ．各种原子的线状谱中的明线和它的吸引谱中的暗线必定一一对应
C ．气体发出的光只能产生线状光谱
D ．甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
2.下列关于光谱和光谱分析的下列说法正确的是 ( ) A ．日光灯产生的光谱是连续光谱
B ．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素
C ．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成份
D ．连续光谱是不能用来作光谱分析的
3.对原子光谱，下列说法中正确的是（ ） A.原子光谱是不连续的。

B.由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的。

Ｃ.各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同。

Ｄ.分析物质的明线光谱和暗线谱，都可以鉴别物质中含哪些元素。

4.日光灯正常工作时，灯管内的稀薄汞蒸气由于气体放电而发射几种特定的光子.课本上的彩页上有汞的明线光谱彩图.光谱中既有可见光，又有紫外线.其中只有紫外线全被管壁上的荧光粉吸收，并使荧光粉受到激发而发射波长几乎连续分布的可见光.日光灯灯光经过分光镜后形成的光谱是（ ）
A.与白炽灯灯光的光谱相同的连续光谱
B.与太阳光光谱相同的光谱
C.连续光谱与汞的明线光谱(除紫外线外)相加的光谱
D.是吸收光谱
学习目标
1.理解玻尔的轨道量子化理论，认识电子轨道的不连续性．
2.理解能级的概念和原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系．
3.理解玻尔理论对氢光谱理论的解释．
课前预习案
1．根据玻尔的理论，电子在不同轨道上运动时能量是____________的，轨道的量子化势必对应着____________的量子化。

这些具有确定能量的稳定状态称为__________，能量最低的状态叫___________，也就是说，原子只能处于一系列___________的能量状态中。

2.由于原子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不会是任意的，这个能量等于原子跃迁时。

我们已经知道，频率为v的光子的
能量为，所以如果分别以E
m 和E
n
代表原子跃迁前后的能量，则h v=
3．玻尔对氢原子光谱的解释是：原子从较高的能级向较低的能级跃迁时__________光子的能量等于前后___________________________，由于原子的能级是____________的，所以放出的光子能量也是_____________的，因此原子的发射光谱只有一些____________的亮线。

4．玻尔理论成功地解释了氢原子发光，他的成功之处在于引入了_____________观念，而对复杂的原子发光，玻尔理论却无法解释，它的不足之处在于过多地保留了___________。

5. 对于原子中的电子，不能用确定的坐标描述它们的，因此也无法用轨迹描述它们的运动，但是它们在空间各处出现的是有一定规律的．如果用圆点表示原子中的电子在某个位置附近出现的概率，概率的地方点子密一些，概率
的地方点子稀一些，这样的概率分布图称做．
课堂探究案：
1本节课从波尔原子理论的几条假设入手，提出了“量子化”概念，并且利用此理论，成功解释了氢原子光谱。

请利用好教材58页的氢原子能级图，建立起正确的量子理论观。

并讲述其轨道“不连续”的含义？
2.对波尔理论的几条假设的深刻理解，可以类比地球卫星的运行情况，讨论交流它们的共同点？
3.请讲述你对教材58页氢原子能级图的理解。

例1氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论下述说法中正确的是（ ） A ．电子绕核旋转的半径增大 B.氢原子的能级增大
C ．氢原子的电势能增大 D.氢原子的核外电子的速率增大
例2图18-4-1给出氢原子最低的4个能级，在这些能级间跃迁所辐射的光子的频率最多有P 种，其中最小频率为f min ，则（ ） A ．P ＝ 5 B ．P =6
C ．f min ＝1.6×1014Hz 。

D ．f min ＝1.5×1015 Hz
变式：用光子能量为E 的单色光照射容器中处于基态的氢原子。

停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①hν1；②hν3；③h (ν1+ν2)；④h (ν1+ν2+ν3) 以上表示式中 （ ） A.只有①③正确 B.只有②正确 C.只有②③正确 D.只有④正确
当堂检测
1．根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ ） A ．可以取任意值
B ．可以在某一范围内取任意值
C ．可以取一系列不连续的任意值
D ．是一系列不连续的特定值
2．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 ．原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的
3．根据玻尔理论，氢原子中，量子数N 越大，则下列说法中正确的是（ ） A ．电子轨道半径越大 B ．核外电子的速率越大
C ．氢原子能级的能量越大
D ．核外电子的电势能越大
4．对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ）
A ．继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设
B ．对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同
C ．用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系
D ．玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的 5．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r a 的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为r b 的圆轨道上，已知r a >r b ，则在此过程中（ ） A ．原子要发出一系列频率的光子 B ．原子要吸收一系列频率的光子 C ．原子要发出某一频率的光子 D ．原子要吸收某一频率的光子
图18-4-1。