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1、淮北一中物理组第一单元 原子的核式结构原子的能级一、原子的核式结构二、玻尔的原子结构模型三、典型例题解析一、原子的核式结构1.粒子散射实验2.原子的核式结构3.原子、原子核的大小引言引言引言汤姆生的枣糕式模型汤姆生的枣糕式模型1.1897年汤姆生发现电子，揭开了研究原子结构的序幕。汤姆生的枣糕式模型1.1897年汤姆生发现电子，揭开了研究原子结构的序幕。2.汤姆生的枣糕式模型：原子是一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，而电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里面。1.粒子散射现象1.粒子散射现象 绝大多数粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90
2、0,有的甚至被弹回，偏转角几乎达到1800。演示粒子电子粒子散射实验粒子电子粒子散射实验重放粒子电子粒子散射实验重放粒子电子粒子散射实验2.原子的核式结构2.原子的核式结构 卢瑟福根据粒子散射实验，经过测定和计算，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。3.原子、原子核的大小3.原子、原子核的大小从粒子散射实验的数据估算出原子核的大小约为10-1510-14m。3.原子、原子核的大小从粒子散射实验的数据估算出原子核的大小约为10-15
3、10-14m。原子的半径大约是10-10m。二、玻尔的原子结构模型1.玻尔理论的主要内容2.氢原子的能级引言引言引言卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾1.原子的稳定性；卢瑟福的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾1.原子的稳定性；2.原子光谱是连续谱还是线状谱。1.玻尔理论的主要内容1.玻尔理论的主要内容 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。这些状态叫做定态。定态假设1.玻尔理论的主要内容 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
4、量。这些状态叫做定态。定态假设 原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量差决定，即h=E初E终。跃迁假设疑难辨析1.玻尔理论的主要内容 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。这些状态叫做定态。定态假设 原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量差决定，即h=E初E终。跃迁假设 原子的不同能量状态跟电子沿不同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也是不连续的。轨道能级化假设疑难辨析疑难辨析：疑难辨析：h=E初E终适用于
5、光子和原子作用而使原子在各定态之间跃进迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子与原子作用而使原子激发的情况，则不受此条件的限制。疑难辨析：h=E初E终适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃进迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子与原子作用而使原子激发的情况，则不受此条件的限制。这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射击光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。疑难辨析：h=E初E终适用于光子和原子作用而使原子在各定态
6、之间跃进迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子与原子作用而使原子激发的情况，则不受此条件的限制。这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射击光子的能量越大，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，也可使原子受激发而向较高能级跃迁。2.氢原子的能级2.氢原子的能级原子各定态的能量值叫做原子的能级。对于氢原子，其能级公式为：
7、21nEEn注2.氢原子的能级原子各定态的能量值叫做原子的能级。对于氢原子，其能级公式为：对应的轨道半径关系为：r n = n2 r121nEEn注2.氢原子的能级原子各定态的能量值叫做原子的能级。对于氢原子，其能级公式为：对应的轨道半径关系为：r n = n2 r1其中，n称为量子数，只能取正整数E1=13.6eV，r1=0.531010m21nEEn注补充说明氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和，因为在选无穷远处电势能为零的情况下，各定态的电势能均为负值，且其大小总大于同一定态的动能值，所以各定态能量值均为负值，因此，不能根据氢原子的能级公式 得出氢原子各定态
8、能量与n2成反比的错误结论。21nEEn一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出
9、的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为22) 1(nCnnN-13.6eV-3.4eV-1.51eV-0.85eV1234 例1 氢原子辐射一个光子后，则 （A）电子绕核旋转半径增大 （B）电
10、子的动能增大 （C）氢原子电势能增大 （D）原子的能级值增大解析 例1 氢原子辐射一个光子后，则 （A）电子绕核旋转半径增大 （B）电子的动能增大 （C）氢原子电势能增大 （D）原子的能级值增大例2欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（A）用10.2eV的光子照射（B）用11eV的光子照射（C）用14eV的光子照射（D）用11eV的电子碰撞解析解析解析：该题主要考查：玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能解析：该题主要考查：玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。解析：该题主要考查：玻尔理论，库仑定律和向心力，
11、电势能正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。解析：该题主要考查：玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力： 可见，电子运动半径越小，其动能越大。rkemvErvmrekk221 22222解析：该题主要考查：玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子
12、后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力： 可见，电子运动半径越小，其动能越大。再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减少。rkemvErvmrekk221 22222解析：该题主要考查：玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道。在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库
13、仑力： 可见，电子运动半径越小，其动能越大。再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减少。综上讨论，可知该题只有答案（B）正确。rkemvErvmrekk221 22222解析：该题主要考查对玻尔理论中原子跃迁条件的认识和理解.解析：该题主要考查对玻尔理论中原子跃迁条件的认识和理解.正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子。由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n=1和n=2的两能级之差，而11eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而基态氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者。解析：该
14、题主要考查对玻尔理论中原子跃迁条件的认识和理解.正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子。由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n=1和n=2的两能级之差，而11eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而基态氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者。对于14eV的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6eV)，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。由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV的动能。解析：该题主要考查对玻尔理论
15、中原子跃迁条件的认识和理解.正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子。由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n=1和n=2的两能级之差，而11eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而基态氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者。对于14eV的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6eV)，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。由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV的动能。另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部
16、或部分地为氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发。解析：该题主要考查对玻尔理论中原子跃迁条件的认识和理解.正确的思路为：由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子。由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n=1和n=2的两能级之差，而11eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而基态氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者。对于14eV的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6eV)，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。由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV的动能。另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地为氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发。结合前面的分析可知该题的正确答案为：A、C、D。