2021學年第一節(jié) 原子的結構備課ppt課件

這是一份2021學年第一節(jié) 原子的結構備課ppt課件，共38頁。PPT課件主要包含了正電荷，絕大多數(shù)，撞了回來，核式結構，原子核，原子序數(shù)，能量值，一個能級，另一個能級，Em－En等內容，歡迎下載使用。
一、原子核式結構的提出1．填一填(1)湯姆孫的原子結構模型湯姆孫于1898年提出一種模型，他認為，原子是一個____體，________均勻分布在整個球體內，質量很小的_____鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫的原子模型稱為“_____模型”或“葡萄干布丁模型”。
(2)α粒子散射實驗①α粒子：從放射性物質中發(fā)射出來的快速運動的粒子，質量為氫原子質量的4倍、電子質量的7 300倍。②實驗裝置如圖所示，整個裝置處于真空中，其中：α粒子源R是被鉛塊包圍的，它發(fā)射的α粒子經過一條細通道，形成一束射線，打在金箔F上。顯微鏡M帶有熒光屏S，可以在水平面內轉到不同的方向對散射的α粒子進行觀察。被散射的α粒子打在熒光屏上會有微弱的閃光產生。通過顯微鏡觀察閃光就可以記錄在某一時間內某一方向散射的α粒子數(shù)。
(4)原子核的電荷與尺度①原子核的電荷數(shù)非常接近它們的__________。②原子核是由質子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的_____數(shù)。③原子核的半徑的數(shù)量級為10－15～10－14 m，而原子半徑的數(shù)量級大約是10－10 m，可見原子內部是十分“空曠”的。2．判一判(1)α粒子散射實驗證明了湯姆孫的原子模型是符合事實的。( )(2)α粒子散射實驗中大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉或反彈。( )(3)α粒子大角度的偏轉是電子造成的。( )
3．選一選 如圖所示為α粒子散射實驗裝置，粒子打到熒光屏上都會引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則這四處位置在相等時間內統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合事實的是 (　　)A．1 305、25、7、1 B．202、405、625、825C．1 202、1 010、723、203 D．1 202、1 305、723、203解析：根據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象可知，大多數(shù)粒子能按原來方向前進，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉，極少數(shù)粒子偏轉超過90°，甚至有的被反向彈回，在相等時間內A處閃爍次數(shù)最多，其次是B、C、D三處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，A選項正確。答案：A　
二、氫原子光譜　原子的能級結構1．填一填(1)原子光譜：某種原子的氣體通電后可以______并產生固定不變的_____。(2)經典理論的困難①無法解釋原子的穩(wěn)定性。②無法解釋原子光譜分立的線狀譜特征。
(3)原子的能級結構①能級：電子在不同軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，具有______的能量，這些分立的________叫作原子的能級。②躍遷：原子從_________變化到___________的過程。躍 遷時輻射出光子的能量為hν＝__________。③基態(tài)：______能級對應的狀態(tài)。④激發(fā)態(tài)：除______之外的其他狀態(tài)。2．判一判(1)玻爾的原子結構假說認為電子的軌道是量子化的。 ( )(2)電子吸收某種頻率條件的光子時會從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)。( )(3)電子能吸收任意頻率的光子發(fā)生躍遷。 ( )
3．選一選(多選)關于玻爾的原子模型，下列說法中正確的有(　　)A．它徹底地否定了盧瑟福的核式結構學說B．它發(fā)展了盧瑟福的核式結構學說C．它完全拋棄了經典的電磁理論D．它引入了普朗克的量子理論解析：玻爾的原子模型在核式結構學說的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級躍遷，故選項A錯誤，B正確；它的成功在于引入了量子化理論，缺點是過多地引入經典力學，故選項C錯誤，D正確。答案：BD
探究(一)　　α粒子散射實驗及現(xiàn)象分析[問題驅動]如圖是α粒子散射實驗裝置，各部分的作用是什么？提示：放射源放出快速運動的α粒子，α粒子通過金箔時被散射，打在熒光屏上發(fā)出熒光，可通過帶有熒光屏的顯微鏡進行觀察，并可以在水平面內轉動，觀察不同方向和不同位置通過金箔的散射α粒子數(shù)量，整個裝置封閉在真空內?！　　　?
[重難釋解]1．實驗背景：α粒子散射實驗是盧瑟福指導他的學生做的一個著名的物理實驗，實驗的目的是想驗證湯姆孫原子模型的正確性，實驗結果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎上，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。2．否定湯姆孫的原子結構模型(1)質量遠小于原子的電子，對α粒子的運動影響完全可以忽略，不應該發(fā)生大角度偏轉。(2)α粒子在穿過原子時，受到各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡，對α粒子運動方向的影響不會很大，也不應該發(fā)生大角度偏轉。(3)α粒子的大角度偏轉，否定湯姆孫的原子結構模型。
3．盧瑟福的核式結構模型對α粒子散射分析(1)分布情況：原子的全部正電荷和幾乎全部質量集中在原子核內，原子中絕大部分是空的。(2)受力情況①少數(shù)α粒子靠近原子核時，受到的庫侖斥力大；②大多數(shù)α粒子離原子核較遠，受到的庫侖斥力較小。(3)偏轉情況
①絕大多數(shù)Α粒子運動方向不會明顯變化(因為電子的質量相對于Α粒子很小)；②少數(shù)Α粒子發(fā)生大角度偏轉，甚至被彈回；③如果Α粒子幾乎正對著原子核射來，偏轉角就幾乎達到180°，這種機會極少。
典例1　如圖所示，根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡。在α粒子從a運動到b再運動到c的過程中，下列說法中正確的是(　　)A．動能先增大后減小B．電勢能先減小后增大C．電場力先做負功后做正功，總功等于零D．加速度先減小后增大
2．庫侖力對α粒子的做功情況(1)當α粒子靠近原子核時，庫侖斥力做負功，電勢能增加。(2)當α粒子遠離原子核時，庫侖斥力做正功，電勢能減小。3．α粒子的能量轉化僅有庫侖力做功時，能量只在電勢能和動能之間發(fā)生相互轉化，且總能量保持不變。
[素養(yǎng)訓練]1．α粒子散射實驗中，使α粒子散射的原因是(　　)A．α粒子與原子核外電子碰撞B．α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞C．α粒子發(fā)生明顯衍射D．α粒子與原子核的庫侖斥力作用解析：α粒子與原子核外電子的作用是很微弱的。由于原子核的質量和電荷量很大，α粒子與原子核很近時，庫侖斥力很強，足可以使α粒子發(fā)生大角度偏轉甚至反向彈回，使α粒子散射的原因是與原子核的庫侖斥力，選項D正確。答案：D
2．X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若α粒子入射時的動能相同，其偏轉軌跡可能是圖中的 (　　)解析：α粒子離金核越遠其所受斥力越小，軌跡彎曲程度就越小，故選項D正確。答案：D
3．(多選)盧瑟福對α粒子散射實驗的解釋是(　　)A．使α粒子產生偏轉的主要原因是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產生偏轉的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機會很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進D．能產生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子解析：原子核帶正電，與α粒子之間存在庫侖力，當α粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉，電子對它的影響可忽略，故A錯誤，B正確；由于原子核非常小，絕大多數(shù)α粒子經過時離原子核較遠，因而運動方向幾乎不變，只有離原子核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D正確。答案：BCD
探究(二)　氫原子能級躍遷規(guī)律[問題驅動]如圖所示為氫原子能級圖。
(1)當氫原子處于基態(tài)時，氫原子的能量是多少？提示：當氫原子處于基態(tài)時，氫原子的能量最小，是－13.6 eV。(2)如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？提示：如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV，會出現(xiàn)電離現(xiàn)象。 　　
[重難釋解]1．能級圖的理解(1)能級圖中n稱為量子數(shù)，E1代表氫原子的基態(tài)能量，即量子數(shù)n＝1時對應的能量，其值為－13.6 eV。En代表電子在第n個軌道上運動時的能量。(2)作能級圖時，能級橫線間的距離和相應的能級差相對應，能級差越大，間隔越寬，所以量子數(shù)越大，能級越密，豎直線的箭頭表示原子躍遷方向，長度表示輻射光子能量的大小，n＝1是原子的基態(tài)，n→∞是原子電離時對應的狀態(tài)。
4．使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級時能量有余，而激發(fā)到n＋1能級時能量不足，則可激發(fā)到n能級的問題。(2)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實物粒子的動能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于兩能級的能量差值，就可使原子發(fā)生能級躍遷。
[答案]　12.75 eV　3.08×1015 Hz　97.4 nm
[遷移·發(fā)散]用一束單色光照射處于n＝4能級的氫原子使其電離(電子脫離原子核的束縛成為自由電子)，光子的能量至少為多大？
答案：0.85 eV
原子躍遷時需注意的三個問題(1)注意一群原子和一個原子：氫原子核外只有一個電子，在某段時間內，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，只能出現(xiàn)所有可能情況中的一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)。(2)注意直接躍遷與間接躍遷：原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷。兩種情況輻射或吸收光子的頻率不同。
(3)注意躍遷與電離：hν＝En－Em只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對于光子和原子作用使原子電離的情況，則不受此條件的限制。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產生的自由電子的動能越大。
[素養(yǎng)訓練]1． 氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應給氫原子提供的能量為(　　)A．12.09 eVB．10.20 eVC．1.89 eVD．1.51 eV
解析：可見光光子能量范圍為1.63 eV～3.10 eV，則氫原子能級差應該在此范圍內，可簡單推算如下：2、1能級差為10.20 eV，此值大于可見光光子的能量；3、2能級差為1.89 eV，此值屬于可見光光子的能量范圍，符合題意。氫原子處于基態(tài)，要使氫原子達到第3能級，需提供的能量為－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，此值也是提供給氫原子的最少能量，選項A正確。答案：A　
2．如圖所示為氫原子能級示意圖。下列有關氫原子躍遷的說法正確的是 (　　)A．大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子，躍遷時能輻射出4種頻率的光B．氫原子從n＝3能級向n＝2能級躍遷時，輻射出的光子能量為4.91 eVC．用能量為10.3 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n＝2能級D．用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應
解析：大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子，躍遷時可以選2條高低軌道進行躍遷，所以發(fā)出C42＝6種光，A錯誤；氫原子從n＝3能級向n＝2能級躍遷時，輻射出的光子能量為ΔE＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4)eV＝1.89 eV，B錯誤；光子照射發(fā)生躍遷，光子能量必須等于兩能級能量差，故基態(tài)的氫原子躍遷到n＝2能級所需光子能量ΔE′＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6)eV＝10.2 eV，C錯誤；n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子能量ΔE′＝10.2 eV＞6.34 eV，故可以發(fā)生光電效應，D正確。答案：D　
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維(選自魯科版新教材“物理聊吧”)當電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠的軌道上時，電子受原子核的作用力怎樣變化？電子的電勢能怎樣變化？在玻爾的氫原子能級公式中，為什么原子的能量是負值？
二、注重學以致用和思維建模1. 為了做好新冠肺炎疫情防控工作，小區(qū)物業(yè)利用紅外測溫儀對出入人員進行體溫檢測。紅外測溫儀的原理是：被測物體輻射的光線只有紅外線可被捕捉，并轉變成電信號。圖為氫原子能級示意圖，已知紅外線單個光子能量的最大值為1.62 eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測溫儀捕捉，最少應給處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子提供的能量為 (　　)A．10.20 eV　　　　　　　　B．2.89 eVC．2.55 eV D．1.89 eV
解析：處于n＝2能級的原子如果吸收10.20 eV的能量，則會電離，不會再發(fā)生躍遷而輻射光子，故A錯誤；2.89 eV的能量不等于任意兩個能級的能量差，則處于n＝2能級的原子不能吸收，故B錯誤；處于n＝2能級的原子能吸收2.55 eV的能量而躍遷到n＝4的能級，然后向低能級躍遷時輻射光子，其中從n＝4到n＝3的躍遷輻射出的光子的能量小于1.62 eV可被紅外測溫儀捕捉，選項C正確；處于n＝2能級的原子能吸收1.89 eV的能量而躍遷到n＝3的能級，從n＝3到低能級躍遷時輻射光子的能量均大于1.62 eV，不能被紅外測溫儀捕捉，選項D錯誤。答案：C