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第十八章 原子结构 对阴极射线的本质有了两种完全不同的概念: 威廉· 人教版选修3-5 金陵中学 陈连余 第十八章原子结构 1.电子的发现 “阴极射线管”，又称“克鲁克斯管” 威廉·克鲁克斯 1.阴极射线 (2)以克鲁克斯为代表的在英国物理学家中流行另一种观点，认为阴极射线是由阴极发射的带负电的粒子所组成。 (1)德国物理学家认为阴极射线像普通的光线一样是以太中的波动，即电磁波。 汤姆逊 汤姆逊巧妙地将电场和磁场结合起来，首先测出了阴极射线的速度，并进一步测量出了阴极射线中带负电的“原子”所携带的电荷量和它的质量的比值，称为“荷质比”。 2.原子的核式结构模型 一、电子的发现与汤姆生的原子模型 1、1897年,汤姆生通过阴极射线发现了电子后来在气体电离、光电效应等实验中物体都射出了电子。 2、电子的发现，表明：电子是原子的组成部分。 3、汤姆生的原子模型： 原子是球体，电荷均匀分布在整个球体内，电子像枣糕里的枣那样镶嵌在里面。 1、1909－1911年,卢瑟福和他的助手进行了α粒 子散射实验 . 二、 α 粒子散射实验 用α粒 子轰击金箔。 2、实验现象: ①、绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的 方向前进; ②、少数α粒子发生了较大的偏转; ③、极少数偏角 900 ； ④、甚至有α粒子被反弹回。 据当时的实验结果,入射的粒子中每8000个粒子有一个要反射回来。 1、卢瑟福根据α 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型： 三、原子的核式结构模型 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全部的质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外的空间运动。 2、原子的核式结构很好的解释了α粒子散射实验 由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力而发生大角度的偏转，极个别α粒子恰好与原子核正碰，被反弹回。 按照卢瑟福的核式结构模型,原子内部是十分空旷的,近年来的研究表明,原子的数量级为10－10m ,而原子核的数量级为10－15m. 四. 四.原子核的电荷与尺度 估算原子核大小的数量级。 4 玻尔的原子模型 一、卢瑟福原子模型与经典电磁理论的矛盾 1、电子绕核运动要辐射电磁波，能量逐渐减小，轨道半径也逐渐减小，最终落在原子核上，即原子是不稳定的，这与实际情况不符。 2、电子绕核运动辐射电磁波的频率等于运行频率，随着轨道半径的减小，电磁波的频率将逐渐变化，因此原子光谱应是包含一切频率的连续谱，这与实际的原子光谱为线状谱不符。 二、玻尔原子理论的基本假设 玻尔为了解决上述矛盾，提出了原子的量子化模型，主要有如下三条假设： 1、轨道量子化假设：原子核外电子运动的轨道分布是不连续的，轨道半径只能取某些分立的值。 2、能量量子化假设：与轨道量子化相对应，原子只能处在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。这些量子化的能量值叫做能级。 3、跃迁假设：原子从能量为Em的状态跃迁到能量为En的状态时，它辐射(mn)或吸收(mn)一定频率的光子，光子的能量为 1、能级：原子在各个状态的能量值叫做原子的 能级。 （1）基态：能量最低的状态，此时核外电子在离 核最近的轨道上运动，最稳定。 （2）激发态：除基态外能量较高的状态，此时核外电子在离核较远的轨道上运动，电子离核越远，能量值越大。 2.定态：原子具有确定能量的稳定状态。 氢原子的能级图 -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 E／eV n ∞ 5 3 2 1 4 0 氢原子的能级图 -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 E／eV n ∞ 5 3 2 1 4 0 氢光谱 0.4101 0.6562 0.4861 0.4340 μm 玻尔理论成功的解释了氢原子光谱，对氢原子有： 式中n为量子数，氢原子核外电子的最小轨道为 氢原子核外电子在离核最近的轨道上运动时动能和势能的总和为E1，若规定离核无穷远处的电势能为零，则E1=-13.6 eV 三.光谱和光谱分析 1、分类： 发射光谱 吸收光谱 连续光谱 明线光谱也叫原子光谱 （1）发射光谱：物体发光直接产生的光谱。 ①连续光谱：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱。（炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如：电灯丝发出的光就是连续光谱。） 2、各种光谱的具体分析： ②明线光谱也叫原子光谱：只含有一些不连续的亮线（谱线）的光谱。各条谱线对应于不同