高二物理 原子结构

电子的发现具有伟大的意义，因为这一事
件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。 电子的发现打开了通向原子物理学的大门 ,人们 开始研究原子的结构 .
他被科学界誉为“一位最先打开通向基本 粒子物理学大门的伟人”
J.J.汤姆生对电子的研究过程和方法
• ⒈定性研究： J.J.汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转
经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过 程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍， 发现新的事实，再建立新的学说。人类就是这样通过光的 行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。 • 教学重点：阴极射线的研究。 • 教学难点：汤姆孙发现电子的理论推导。 • 教学方法：实验演示和启发式综合教学法。 • 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。
高中物理新人教版 选修３- 5系列课件
第十八章 《原子结构》
18.1《电子的发现》
教学目标
• 1、知识与技能 • （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。 • 2、过程与方法：培养学生对问题的分析和解决能力，初
步了解原子不是最小不可分割的粒子。 • 3、情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究
1876年，戈 德斯坦的研究。
对其本性 的研究形成了 英国学派的微 粒说和德国学 派的以太说。
阴极射线
对其本性的研究导致了英国学派的微粒说和德 国学派的以太。
实验
粒子和电磁波有什么区别？ 实验该怎么做？
J.J.汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验 研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自1890年 起开始研究。
答案：B
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
答案：C
3、当α粒子被重核散射时，如图所示的运动 轨迹哪些是不可能存在的
答案：BC
18.3《氢原子光谱》
原子核的核式结构
根据卢瑟福的原子结构模型，原子内 •部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：
原子
体育场
原子核
原子核的电荷和大小
• 根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验 数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数， 还可以估计出原子核的大小。
• （1）原子的半径约为10-10米、原子核半径约是 10-14米，原子核的体积只占原子的体积的万亿 分之一。
• （2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该 元素在周期表内的原子序数相等。
• （3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库 仑力。
【反馈练习】
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
谱
元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 吸 光谱 收 光 产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后， 谱 再色散形成的
光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上 出现一些暗线（与特征谱线相对应）
（4）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的化学组成。这种 方法叫做光谱分析。
实验，他进一步提高了真空度，并且减小极 间电压，以防止气体电离，终于获得了稳定 的静电偏转。得出阴极射线带负电。 • ⒉定量研究 ：
计算出阴极射线的荷质比e/m。
• ⒊普遍性证明
思考与研讨
习题1：如图，在两平行板间有平行的均匀电 场E，匀强磁场B。MN是荧光屏，中心为O， OO’=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是O， y轴向上，x轴垂直纸面向外，一束速度、荷质 比相同的粒子沿OO’方向从O’射入，打在
的主要内容。 • 2、过程与方法 • （1）通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析
中归纳中得出结论的逻辑推理能力； • （2）通过核式结构模型的建立，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； • （3）了解研究微观现象。 • 3、情感、态度与价值观 • （1）通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的
A、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速
率变为2v
B、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速
率变为v/2
C、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率
变为2v
D、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率
变为0.707v
A
K
U
18.2《原子的核式 结构模型》
教学目标
• 1、知识与技能 • （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
科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神； • （2）通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世
界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对 科学发展的重要意义。
• 教学重点： • （1）引导学生自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果
分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构；
电子
α粒子散射实验
1909～1911年，英国物
卢
理学家卢瑟福和他的助
瑟
手们进行了 粒子散射
福
实验
著名的 粒子散射实验
著名的 粒子散射实验
粒子散射实验的结果
绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原 来的方向前进，但少数 粒子发生 了较大的偏转，并且有极少数 粒 子的偏转超过了90°，有的甚至几 乎达到180°。
屏上P（-
）点，求：
（1）粒子带何种电荷？
M
（2）B的方向？
O’
O
（3）粒子的荷质比？
N
习题2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A
为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，
A、K间电压为U。电子离开阴极是速度可以忽略，电
子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v，下面
说法正确的是：( )
美国科学家密立根又精确地测定了电子的 电量：
e=1.6022×10－19 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质 量为：
m=9.1094×10－31 kg
回顾：
公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人 认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的， 即原子。
19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原 子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心 球体,物质由原子组成,原子不能被创造,也不能被 毁灭,在化学变化中原子不可分割,他们的性质在 化学反应中保持不变。
电子轨道半径连续变小
原子不稳定 辐射电磁波频率连续变化 事实上：原子是稳定的 原子光谱是线状谱
氢气的吸收光 谱
氢气
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18.4《玻尔的原子模型》
教学目标
• 1、知识与技能 • （1）了解玻尔原子理论的主要内容； • （2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的
光谱管
高压电源
各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线 光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
吸收光 谱
光谱中产生的一组暗线，每条 暗线的波长都跟那种气体原子 的特征谱线相对应。
钠蒸气
（3）吸收光谱
• 高温物体发出的白光（其中包含连续分布 的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光 被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这 表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种 原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗 谱线与明线相对应，也是原子的特征谱线。太 阳的光谱是吸收光谱。
•各种光谱 •连续光谱
H的发射光 谱
钠的发射 光谱 钠的吸收 光谱
太阳的吸 收光谱
各种光谱的特点及成因：
｛Biblioteka Baidu发
射
定义：由发光体直接产生的光谱 产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发
光 连续光谱 光形成的
谱
光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有
光
｛ 线状光谱 产生条件：稀薄气体发光形成的光谱
（原子光谱） 光谱形式：一些不连续的明线组成，不同
三棱镜
标度管
平行光管
观察管
分光镜
分光镜原理分析
标度管
• （1）连续光谱 • • •
炽热的固体、液体及高压气体的光谱， 是由连续分布的一切波长的光组成的，这 种光谱叫做连续光谱。
• 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、 炽热的钢水发出的光都形成连续 光谱。
2）明线光谱（原子光谱） 只含有一些不连续的亮线的光谱叫 做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不 同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光 谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。
教学目标
• 1、知识与技能 • （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。 • 2、过程与方法：通过本节的学习，感受科学发展与进步
的坎坷。 • 3、情感、态度与价值观：培养我们探究科学、认识科学
的能力，提高自主学习的意识。 • 教学重点：氢原子光谱的实验规律。 • 教学难点：经典理论的困难。 • 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 • 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。
m B2r
荷质比约为质子的2000倍
实验结果：荷质比约为质子的2000倍
进一步分析实验结果：是电荷比 质子大？还是质量比质子小？（测量）
进一步拓展研究对象：用不同的材 料做阴极做实验，光电效应、热离子发 射效应、射线（研究对象普遍化）。
实验结论：电子是原子的组成部分， 是比原子跟基本的物质单元。
汤姆生的原子模型
十九世纪末，汤姆生发现了电子， 并知道电子是原子的组成部分．由 于电子是带负电的，而原子又是中 性的，因此推断出原子中还有带正 电的物质．那么这两种物质是怎样 构成原子的呢？
汤姆生的原子模型
正电荷
在汤姆生的原 子模型中，原子是 一个球体；正电核 均匀分布在整个球 内，而电子都象布 丁中的葡萄干那样 镶嵌在内。
•
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不
连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的
结构。
研究太阳 高层大气 层所含元 素
二、氢原子光谱
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
三、卢瑟福模型的困难
卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。 原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾
核外电子绕核运动
辐射电磁波
• （2）在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透 三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞 方法。
• 教学难点：
• 引导学生小组自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分 析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构
• 教学方法： • 教师启发、引导，学生讨论、交流。 • 教学用具： • 投影片，多媒体辅助教学设备。
早在17世纪，牛顿就发现了日光 通过三棱镜后的色散现象，并把 实验中得到的彩色光带叫做光谱
一、光谱
光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还 是在不可见光区域）的波长成分和强度分 布的记录。有时只是波长成分的记录。
1.发射光谱
物体发光直接产生的光谱叫做发射光 谱。 发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光 谱。
19世纪是电磁学大发展的时期, 到七、八 十年代电气工业开始有了发展, 其中电气照明 也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气 体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体 发电现象有关的问题。
阴极射线
阴极射线是低压气体放电过程中出现的一 种奇特现象，德国物理学家J.普吕克尔在1858 年利用低压气体放电管研究气体放电时发现 的 .从低压气体放电管阴极发出一种射线。
葡萄干布丁模型能否解释？
根据汤姆生模型计算的结果： 电子质量很小，对α 粒子的运动方 向不会发生明显影响；由于正电荷 均匀分布，α 粒子所受库仑力也很 小，故α 粒子偏转角度不会很大．
原子的核式结构的提出
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全部质量都集中在原 子核里． 带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
-
M N
+ 气体放电管 经检验为负电荷 进一步做实验：确定荷质比
一个质量为m,电量为e的带电粒子,以速度v垂直进
入磁场B中, m v2 evB
-
r
M
N
在平行板MN间产生竖直向上的电场+E,在垂直电场向
外的方向上加一磁场B,适当地调节电场和磁场的强
度,可以测出速度大小V= E/B
q E 1897年得到实验结果：