第一單元原子的核式結構 原子的能級 一 原子的核式結構 二 玻爾的原子結構模型 三 典型例題解析 一 原子的核式結構 1 粒子散射實驗 2 原子的核式結構 3 原子 原子核的大小 引言 引言 引言 湯姆生的棗糕式模型 湯姆生的棗糕式模型 1 1897年湯姆生發現電子 揭開了研究原子結構的序幕 湯姆生的棗糕式模型 1 1897年湯姆生發現電子 揭開了研究原子結構的序幕 2 湯姆生的棗糕式模型 原子是一個球體 正電荷均勻地分布在整個球內 而電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里面 1 粒子散射現象 1 粒子散射現象 絕大多數 粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進 少數 粒子卻發生了較大的偏轉 并且有極少數 粒子偏轉角超過了900 有的甚至被彈回 偏轉角幾乎達到1800 演示 粒子 電子 粒子散射實驗 粒子 電子 粒子散射實驗 重放 粒子 電子 粒子散射實驗 重放 粒子 電子 粒子散射實驗 2 原子的核式結構 2 原子的核式結構 盧瑟福根據 粒子散射實驗 經過測定和計算 于1911年提出了原子的核式結構學說 在原子的中心有一個很小的核 叫原子核 原子的全部正電荷和幾乎所有的質量都集中在原子核里 帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉 原子核所帶的單位正電荷數等于核外的電子數 3 原子 原子核的大小 3 原子 原子核的大小 從 粒子散射實驗的數據估算出原子核的大小約為10 15 10 14m 3 原子 原子核的大小 從 粒子散射實驗的數據估算出原子核的大小約為10 15 10 14m 原子的半徑大約是10 10m 二 玻爾的原子結構模型 1 玻爾理論的主要內容 2 氫原子的能級 引言 引言 引言 盧瑟福的核式結構模型與經典電磁理論的矛盾 盧瑟福的核式結構模型與經典電磁理論的矛盾 1 原子的穩定性 盧瑟福的核式結構模型與經典電磁理論的矛盾 1 原子的穩定性 2 原子光譜是連續譜還是線狀譜 1 玻爾理論的主要內容 1 玻爾理論的主要內容 原子只能處于一系列不連續的能量狀態中 在這些狀態中原子是穩定的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 這些狀態叫做定態 定態假設 1 玻爾理論的主要內容 原子只能處于一系列不連續的能量狀態中 在這些狀態中原子是穩定的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 這些狀態叫做定態 定態假設 原子從一種定態躍遷到另一種定態時 它輻射或吸收一定頻率的光子 光子的能量由這兩定態的能量差決定 即h e初 e終 躍遷假設 疑難辨析 1 玻爾理論的主要內容 原子只能處于一系列不連續的能量狀態中 在這些狀態中原子是穩定的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 這些狀態叫做定態 定態假設 原子從一種定態躍遷到另一種定態時 它輻射或吸收一定頻率的光子 光子的能量由這兩定態的能量差決定 即h e初 e終 躍遷假設 原子的不同能量狀態跟電子沿不同軌道繞核運動相對應 原子的定態是不連續的 因此電子的可能軌道也是不連續的 軌道能級化假設 疑難辨析 疑難辨析 疑難辨析 h e初 e終適用于光子和原子作用而使原子在各定態之間躍進遷的情況 對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發的情況 則不受此條件的限制 疑難辨析 h e初 e終適用于光子和原子作用而使原子在各定態之間躍進遷的情況 對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發的情況 則不受此條件的限制 這是因為 原子一旦電離 原子結構即被破壞 因而不再遵守有關原子結構的理論 如基態氫原子的電離能為13 6ev 只要大于或等于13 6ev的光子都被基態的氫原子吸收而發生電離 只不過入射擊光子的能量越大 原子電離后產生的自由電子的動能越大 疑難辨析 h e初 e終適用于光子和原子作用而使原子在各定態之間躍進遷的情況 對于光子和原子作用而使原子電離和實物粒子與原子作用而使原子激發的情況 則不受此條件的限制 這是因為 原子一旦電離 原子結構即被破壞 因而不再遵守有關原子結構的理論 如基態氫原子的電離能為13 6ev 只要大于或等于13 6ev的光子都被基態的氫原子吸收而發生電離 只不過入射擊光子的能量越大 原子電離后產生的自由電子的動能越大 至于實物粒子和原子碰撞的情況 由于實物粒子的動能可全部或部分地為原子吸收 所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態能量之差 也可使原子受激發而向較高能級躍遷 2 氫原子的能級 2 氫原子的能級 原子各定態的能量值叫做原子的能級 對于氫原子 其能級公式為 注 2 氫原子的能級 原子各定態的能量值叫做原子的能級 對于氫原子 其能級公式為 對應的軌道半徑關系為 rn n2r1 注 2 氫原子的能級 原子各定態的能量值叫做原子的能級 對于氫原子 其能級公式為 對應的軌道半徑關系為 rn n2r1 其中 n稱為量子數 只能取正整數e1 13 6ev r1 0 53 10 10m 注 補充說明 氫原子各定態的能量值 為電子繞核運動的動能ek和電勢能ep的代數和 因為在選無窮遠處電勢能為零的情況下 各定態的電勢能均為負值 且其大小總大于同一定態的動能值 所以各定態能量值均為負值 因此 不能根據氫原子的能級公式得出氫原子各定態能量與n2成反比的錯誤結論 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 一群氫原子處于量子數為n的激發態時 可能輻射出的光譜線條數為 13 6ev 3 4ev 1 51ev 0 85ev 1 2 3 4 例1 氫原子輻射一個光子后 則 a 電子繞核旋轉半徑增大 b 電子的動能增大 c 氫原子電勢能增大 d 原子的能級值增大 解析 例1 氫原子輻射一個光子后 則 a 電子繞核旋轉半徑增大 b 電子的動能增大 c 氫原子電勢能增大 d 原子的能級值增大 例2 欲使處于基態的氫原子激發 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的電子碰撞 解析 解析 解析 該題主要考查 玻爾理論 庫侖定律和向心力 電勢能 解析 該題主要考查 玻爾理論 庫侖定律和向心力 電勢能 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子輻射光子后 應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道 解析 該題主要考查 玻爾理論 庫侖定律和向心力 電勢能 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子輻射光子后 應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道 在此躍遷過程中 電場力對電子做了正功 因而電勢能應減小 解析 該題主要考查 玻爾理論 庫侖定律和向心力 電勢能 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子輻射光子后 應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道 在此躍遷過程中 電場力對電子做了正功 因而電勢能應減小 另由經典電磁理論 電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力 可見 電子運動半徑越小 其動能越大 解析 該題主要考查 玻爾理論 庫侖定律和向心力 電勢能 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子輻射光子后 應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道 在此躍遷過程中 電場力對電子做了正功 因而電勢能應減小 另由經典電磁理論 電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力 可見 電子運動半徑越小 其動能越大 再結合能量轉化和守恒定律 氫原子放出光子 輻射出一定的能量 所以原子的總能量減少 解析 該題主要考查 玻爾理論 庫侖定律和向心力 電勢能 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子輻射光子后 應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道 在此躍遷過程中 電場力對電子做了正功 因而電勢能應減小 另由經典電磁理論 電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力 可見 電子運動半徑越小 其動能越大 再結合能量轉化和守恒定律 氫原子放出光子 輻射出一定的能量 所以原子的總能量減少 綜上討論 可知該題只有答案 b 正確 解析 該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解 解析 該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子在各能級間躍遷時 只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子 由氫原子能級關系不難算出 10 2ev剛好為氫原子n 1和n 2的兩能級之差 而11ev則不是氫原子基態和任一激發態的能量之差 因而基態氫原子只能吸收前者被激發 而不能吸收后者 解析 該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子在各能級間躍遷時 只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子 由氫原子能級關系不難算出 10 2ev剛好為氫原子n 1和n 2的兩能級之差 而11ev則不是氫原子基態和任一激發態的能量之差 因而基態氫原子只能吸收前者被激發 而不能吸收后者 對于14ev的光子 其能量大于氫原子的電離能 13 6ev 足以使氫原子電離 使電子脫離核的束縛而成為自由電子 因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制 由能的轉化和守恒定律不難知道 氫原子吸收14ev的光子電離后產生的自由電子還應具有0 4ev的動能 解析 該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子在各能級間躍遷時 只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子 由氫原子能級關系不難算出 10 2ev剛好為氫原子n 1和n 2的兩能級之差 而11ev則不是氫原子基態和任一激發態的能量之差 因而基態氫原子只能吸收前者被激發 而不能吸收后者 對于14ev的光子 其能量大于氫原子的電離能 13 6ev 足以使氫原子電離 使電子脫離核的束縛而成為自由電子 因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制 由能的轉化和守恒定律不難知道 氫原子吸收14ev的光子電離后產生的自由電子還應具有0 4ev的動能 另外 用電子去碰撞氫原子時 入射電子的動能可全部或部分地為氫原子吸收 所以只要入射電子的動能大于或等于基態和某個激發態能量之差 也可使氫原子激發 解析 該題主要考查對玻爾理論中原子躍遷條件的認識和理解 正確的思路為 由玻爾理論可知 氫原子在各能級間躍遷時 只吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子 由氫原子能級關系不難算出 10 2ev剛好為氫原子n 1和n 2的兩能級之差 而11ev則不是氫原子基態和任一激發態的能量之差 因而基態