高中物理选修3-5原子结构

第一节电子的发现

1.阴极射线：

i.产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两级，当两级间加一定电压时，阴极便放出一种射

线，这种射线称为阴极射线。

ii.特点：碰到荧光物质能使其发光。（1858年德国物理学家普吕克尔发现阴极射线，1876年德国物理学家戈德斯坦命名）

2.J.J 汤姆孙（英国物理学家1856—1940）发现电子：汤姆孙利用电场和磁场能使带电的运动粒子发生偏

转的原理检测了阴极射线的带电性质，并定量的测定了阴极射线的比荷。（电子的质量约为质子质量的1836分之一）（例题：教科书P50问题与练习4）

3.密立根（美国物理学家1868—1953）因精确测量电子电荷及实验验证光电效应方程获得1923年诺贝尔

物理学奖。

第二节原子的核式结构模型

4.汤姆孙的原子模型（西瓜模型or枣糕模型）

1.原子是一个球体，正电荷弥漫的均匀分布在整个球体内

2.电子像枣糕一样嵌在球中，

3.原子内正负电荷相等，原子整体呈电中性

5.α粒子散射实验

1909—1911年卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔的实验

6.原子的核式结构模型

在原子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。

7.原子核的电荷与尺度

一般的原子核半径数量级为10-15m，整个原子的半径数量级是10-10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分空旷的。

第三节氢原子光谱

8.光谱

(1)定义：用光栅或棱镜可以吧光按波长展开，获得光的波长（频率）或强度分布的记录，即光谱

按产生方式

分

按谱型分定义产生条件或特点

发射光谱（物体直接发出的光通过分光装置后产

生的）连续谱由连续分布的一切波长的光

（一切单色光）组成的光谱

炙热的固体，液体和高压气体的发射光谱是连

续谱，如灯丝，炙热的钢水发出的光都形成连

续谱。

线状谱

（明线谱

原子光谱）

只含有一些不连续的亮线的光

谱

处于游离态的原子发射的额，因此也可叫做原

子光谱，稀薄气体或金属的蒸汽大发射光谱就

是线状谱

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

在连续光谱的背景上由若干条暗条纹组成，例

如：太阳光谱就是太阳内部发射的强光经温度

较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。

(3)光谱分析

①原子的特征谱线：

a．不同原子产生的线状谱是不同的，但同种原子产生的线状谱相同，某种物质的原子可以从其线状谱加以区别，因此称原子的线状谱的谱线为这种元素的特征谱线。

b．各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线谱中的一条明线相对应。即某种原子发射的光和吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该原子的特征谱线。

②光谱分析

c．定义：由于每种物质都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析

d．优点：非常灵敏而且迅速，灵敏度高达10-10g

e．应用：检查物体的纯度，鉴别和发现元素，天文学上光谱的红移表明恒星的原理等等

9.氢原子光谱：

从氢气放电管中可以获得氢原子光谱，

连续光通过氢气可得到氢的吸收光谱。

10.巴尔末公式

其中R=1.10×107m—1称为里德伯常量

第四节玻尔原子模型

11.玻尔原子模型

（1）定态假设：原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些转态叫做定态。

（2）能量假设：原子从一种定态（能量为E m）跃迁到另一种定态（能量为E n）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子。光子能量由两个定态的能量差决定，即hν=E m—E n

（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道也不是连续的。

12.能级：玻尔模型中，原子的可能转态是不连续的，对应的能量也不是连续的，即原子的能量是量子化的，

这些量子化的能量值叫做能级

（1）基态：能量最低的状态叫做基态

（2）激发态：除基态之外的其他能量转态叫做激发态

13.氢原子能级图

（1）能级的跃迁：跃迁从一个能级到另一个能级要跃迁几次

是不一定的。

（2）光子的吸收：电子从低能级跃迁到高能级要吸收光子的

能量，这个能量值不是任意的，而是满足hν=E m—E n

（3）光子的发射：电子从高能级（激发态）跃迁到低能级（基

态）则以光子的形式向外辐射能量，这个能量值不是任

意的，而是满足hν=E m—E n

（4）原子的电离：n=1对应于基态，n=+∞对应于原子电离。例如氢原子电离能为13.6eV，当光子能

量为15eV被基态电子吸收时，电离出去的电子具有的初动能为1.4eV。

14.弗兰克—赫兹实验

1914年弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子的实验，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。

15.玻尔模型的局限性：玻尔模型成功解释了氢原子光谱的实验规律。使量子理论取得重大进展，但对于

稍微复杂的一些原子，例如氦原子就无法解释他的光谱现象，这说明玻尔模型还没有完全解释微观粒子的运动规律，同时它保留了经典粒子的观念，仍把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。

16.电子云：电子具有波粒二象性，波是概率波。现代量子理论用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的

概率，称之为电子云。