2第二节：原子的核式结构模型.docx

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1、其次节原子的核式结构模型白景曦（西北师范高校第一附属中学甘肃兰州730070）摘要汤姆生发觉电子后，提出枣糕式原子模型；卢瑟福和助手做了粒子散射试验，提出原子的核式结构模型；玻尔依据经典电磁理论和卢瑟福的核式结构模型的冲突，提出原子的量子化结构模型。关键词：电子的发觉枣糕式模型。粒子散射试验核式结构模型量子化结构模型引言很早以前人们就提出组成物质的最小微粒是原子，但是原子是否有内部结构、是否还可以再分呢？同学们的回答确定是确定的。那么，人们是什么时候发觉原子还可以再分？又是如何探究原子的结构的呢？1897年，汤姆生发觉了电子，后来人们又通过气体电离和光电效应试验从物体中打出了电子。通过这些现象

2、，人们意识到原子并不是不行再分的。原子内除了电子外还应当有带正电的物质，它们是怎么构成原子的呢？本节课我们来探讨第三节：原子的结构。第1课时：原子的核式结构新课教学：一、原子的结构1 .电子的发觉1897年英国物理学家汤姆生在探讨低压气体放电阴极射线时发觉了电子。汤姆生对阴极射线进行了一系列的试验探讨，确定了阴极射线中粒子带负电，并计算出了它的荷质比人，通过进一步的探讨发觉它的电量跟氢离子的电量基本相同,质量比氢离子小得多，后来人们称之为电子，是原子的组成部分。阴极射线是高速电子流，电子的发觉对揭示原子结构具有重大意义，它是近代物理三大发觉（X射线、放射性、电子）之一。思索：既然电子是原子的组

3、成部分，而原子又是中性的，那么原子里还存在带什么电的物质？既然电子质量很小，那么原子的质量绝大部分集中在哪里？带正电的物质和带负电的电子是如何组成原子的呢？2 .汤姆生的原子结构（枣糕型）带负电的物质（1）枣糕式模型：汤姆生提出，原子是由带负电的电/X子和带正电的物质组成，原子是一个球体，带正电的物质（、）匀称的分布在原子中就象枣糕中的米粒，电子嵌在原.P电子子中就象枣糕中的枣子，且在平衡位置振动。（2）应用：汤姆生原子模型能说明一些试验事实如原子是中性的。在汤姆生发表论文10年后，即1909年到1911年，他的学生卢瑟福和同事们做了一个闻名的粒子散射试验，这个试验现象无法用汤姆生原子模型来正

4、确说明说明汤姆生原子模型有不正确的地方，卢瑟福在粒子散射试验的基础上提出了原子的核式结构学说。3 .原子的核式结构（1） 粒子散射试验（P62）装备：如图，粒子源、金箔Z（很薄，约1微米左右）、带荧光了产屏的显微镜、带荧光屏的显微镜可以沿图中虚线转动，整个装置放在试验及设想：用a粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对a粒子有库仑力的作用，一些a粒子穿过金箔后会变更原来的运动方向，这种现象叫做a粒子散射。卢瑟福希望通过对散射的探讨的分析，来了解原子内部电荷与质量的分布状况。试验现象：绝大多数a粒子不偏转；少数a粒子发生了较大角度的偏转;极少数a粒子发生了大角度偏转，甚至被反弹回来。试验现象分析：

5、按汤姆生模型分析，Q粒子穿过汤姆生原子模型有两种可能，QJ与电子相碰，受到静电斥力。因为电子的质量很小，粒子打在电子上，就象子弹打在一颗尘埃上一样，运动方向不行能发生什么变更；当粒子通过金箔时受静电斥力作用，但由于带正电的物质匀称分布，所以正电荷对Q粒子的斥力大部分相互抵消，也不会使粒子产生大角度偏转。思索：什么样的原子结构会出现这样的试验现象呢？因为电子的质量很小，粒子打在电子上，就象子弹打在一颗尘埃上一样，运动方向不行能发生什么变更。a粒子的偏转确定是带正电的物质引起的，大多数a粒子不偏转的缘由是它们运动过程中没有受到带正电的物质的斥力作用，说明原子内几乎是“空”的；少数Q粒子发生较大偏转

6、，说明带正电的物质对它们产生了库仑斥力的作用；极少数Q粒子发生大角度偏转，说明它们和带正电的物质发生了很大的作用力一撞击，而且这种物质占据的空间很小。（2）原子的核式结构英国物理学家卢瑟福在a粒子散射试验的基础上，于1911年提出了原子核式结构学说。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全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间围着核旋转。学生探讨：用原子核式结构学说说明Q粒子散射试验。小结：按卢瑟福的原子核式结构模型，原子内部是非常“空旷”的，近年来的探讨表明，原子直径的数量级（事实上是电子的活动范围的数量级）为l（）Trn,而原子核直径的数量级为10一%，两者

7、的直径相差十万倍。假如把原子直径比做直径为百米左右的大球，那么原子核则只有亳米左右米粒大小。所以，a粒子通过金箔时，如入“无人之景”，绝大多数a粒子碰不到质量和电量都较大的原子核，只有少子从原子核旁边经过，受电场力作用较大而发生较大的偏转。只有极少数的数粒粒子跟原子核发生“碰撞”，从而发生大角度偏转，但这种“碰撞”发生的可能性微小。学生探讨：卢瑟福原子模型和汤姆生原子模型的相同之处和不同之处是什么？相同点：原子都由带负电的电子和带正电的物质组成，且正负电荷相等；电子质量很小，原子的质量几乎全部集中在带正电的物质上。不同点：有核和无核；空和实（虽空但有核）；电子转与不转（绕核）。老师：卢瑟福是确

8、定了汤氏原子模型的正确方面，否定了不切实际的部分后提出自己的学说的，这是在确定的基础上的否定，使相识向前发展。辩证的否定是事物发展的重要环节。结论本节课收获如下：1 .学问：（1）电子的发觉：（2）枣糕式模型；（3）。粒子散射试验：（4）原子的核式结构。2 .方法：试验法、归纳法、分析法第2课时：能级复习：1 .粒子散射试验现象有哪些？2 .原子的核式结构模型的内容是什么？引言原子的“核式结构”，是卢瑟福在。粒子散射试验的基础上提出的。卢瑟福的核式结构模型能很好的说明有关的试验现象，得到了多数人的支持。卢瑟福的核式结构模型有缺陷吗？本节课我们就来探讨这个问题。新课教学一、卢瑟福原子核式结构学说

9、与经典电磁理论的冲突1 .原子是不稳定的。经典的电磁理论认为电子绕原子核旋转，则确定具有加速度，作变速运动，作变速运动的电子产生变更的电场，因而电子向外辐射能量一一辐射电磁波，因此随着它的能量削减，电子运行的轨道半径也减小，最终要落入原子核中一一造成原子塌陷，这样看来原子是不稳定的。而事实上原子是稳定的。2 .大量原子的光谱将是包含一切频率的连续光谱。经典的电磁理论认为电子绕核运行的轨道不断的变更，它向外辐射电磁波的频率应当等于绕核旋转的频率。因此在轨道不断减小的过程中原子辐射一切频率的电磁波，大量原子的发光光谱应当是连续光谱。而事实上，原子光谱是不连续的线状光谱。课件视察：原子的线状光谱。卢

10、瑟福的学说跟经典的电磁理论发生了冲突，这些冲突说明，从宏观现象总结出的经典电磁理论不适用与原子这样小的粒子产生的微观现象。为了解决这些冲突，很多物理学家做了努力和探究，其中丹麦的物理学家一一玻尔提出了较好的解决方法。二、玻尔的原子模型理论1 .玻尔原子模型理论的基础(1)卢瑟福的原子核式结构；(2)普朗克的量子理论，E=hv,(3)光谱学，特殊是氢光谱试验中测得的试验数据。2 .玻尔原子模型理论的主要内容一三个假设(1)能量量子化假设原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。说明：这一说法和事实是符合得很好的，电子

11、并没有被库仑力吸引到核上，就像行星围着太阳运动一样,这里所说的定态是指原子可能的一种能量状态，有某一数值的能量，这些能量是电子的动能和电势能的总和。原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种定态（设能量为E.）时，它辐射或汲取确定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差确定，即当E2E时，辐射光子；当EzVEi时，汲取光子。（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，由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的，即电子不能在随意半径的轨道上运行，只有满意下列条件的轨道才是可能的：轨道的半径，跟电子的动量机y的乘积等于的整数倍，即式中n是正整数，叫量子数。玻

12、尔的原子模型解决了原子的稳定性问题，玻尔在这几个假设的基础上利用经典的电磁理论和牛顿力学，计算出了氢的电子的各条可能轨道的半径和电子在各轨道上运动时的能量。三、氢原子轨道半径的大小和能级1 .电子的轨道半径的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径为：rn=n211门代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径，口=0.53X10rm。例：n=2,2=2.121010m2 .能级（1）原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能）El代表电子在第一条可能轨道(n)上运动时的能量，E=-13.6eV。说明：计算能量时取离核无限远处的电势能为零

13、，电子带负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能确定值的一半，总能量为负值。例：当片2时，E2=-3.4eV;当w=3时,3=1.5leV；当=4时，E4=-0.85eV;(2)基态和激发态基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态叫激发态。3 .原子发光(1)原子光谱原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加要汲取能量；原子也可以从能量较高的激发态向能量较低的激发态或基态跃迁，电子所受库仑力做正功，电势能减小，原子的能量削减要辐射出能量，这一能量以光子

14、的形式放出；明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子削减的动能；反之原子的能量削减是因为电子削减的电势能大于电子增加的动能。原子无论汲取能量还是辐射能量，这个能量都不是随意的，而是等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差：原子光谱：原子从高能级跃迁到低能级时，辐射的光子的能量是不连续的，波长也是不连续的，所以其光谱是若干条不连续的亮线，这种分立的线状光谱叫原子光谱。如课本彩图所示。氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道可能状况只有一种。可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各

15、种状况出现了。但是这些跃迁不外乎是“能级图”中表示出来的那些状况。E(eV)O-0.54-0.85-1.51-3.413.6说明，真空中可见光的波长及频率范围：波长，770机4002；频率，3.9XlO147.5XlO14Hz;光子能量，1.63.IeVo巩固练习：例1：依据玻尔理论，在氢原子中量子数n越大，则（）A.原子轨道半径越小；B.核外电子速度越小；C.原子能级的能量越小；D.原子的电势能越大。解析：由弓=2“得，梃大，电子的轨道半径越大。A错误;由KW=6匕1（不计万有引力）得：V7=4-8R,B正确；GrrV2VG由与二？*=区E,C错误；耳=T超V，增大时，库仑力做负功，电势能增大，D正确。例2：已知,氢原子基态的电子轨道半径为。=0.53X10%,基态的能级为6=-13.6eV.（1）求电子在n=2的轨道上运动形成的等效电流。（2）有一群氢原子处于量子数4的激发态，求这些氢原子向低能态跃迁时所辐射的光子的频率可能有几种。（3）计算这几条光谱线中最长的波长，这种波长的光能否使铀发生