高中物理原子核部分课稿.doc

一、原子的核式结构 1.α粒子散射现象 绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180 °. 2.原子的核式结构 卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，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，叫做原子核，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里绕着核旋转.原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数. 原子的半径大约是10-10 m，原子核的大小约为10-15m～10-14 m. 二、玻尔的原子模型 1.玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的贡献，就是成功解释了经典理论无法解释的这些问题.玻尔假说的核心，是引入了量子化理论，从而找到了描绘微观世界的一条重要规律. 2.玻尔假说的内容：(1)轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值. (2)能量状态量子化；原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量. (3)跃迁假说：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量E=hν=E2-E1. 三、氢原子能级 氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级.最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定.其他能级叫激发态. 四、原子光谱及应用 1.原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的波组成，又叫原子光谱. 2.原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质成分. 五、电子云 玻尔模型引入了量子化观点，但不完善.在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方.把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”. ●疑难辨析 1.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.由En＝和E1＝-13.6 eV可知，氢原子各定态的能量值均为负值.因此，不能根据氢原子的能级公式En＝得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论. 2.原子的跃迁条件：hν＝E初－E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大. 3.原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁.由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁.若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线. ●典例剖析 ［例1］在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列的哪些说法是正确的 A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用 B.α粒子的动能不断减小 C.α粒子的电势能不断增大 D.α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果 【解析】 α粒子一直受到原子核的斥力作用，动能先减小后增大，电势能先增大后减小.α粒子的质量M远大于电子质量mｅ（M＝4×1837me)，与电子相碰后运动状态基本保持不变.所以，应选答案A. 【思考】 (1)只有很少的一部分α粒子发生大角度散射的事实，说明了原子具有什么样的结构? (2)图15—1—1为该实验中金原子核和两个α粒子的径迹，哪幅图是正确的? 图15—1—1 (3)若将实验中的金箔改为铝箔，而其他条件不变，α粒子的散射角如何变化? 【思考提示】 （1）原子有一个很小的核. （2）A图正确. （3）同等情况的α粒子的散射角将变小. 【设计意图】 通过本例说明α粒子的散射规律. ［例2］已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.53×10-10 m，基态的能级值为E1＝-13.6 eV. (1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态.画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线. (2)计算这几条光谱线中最长的波长. 【解析】 (1)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如能级图15—1—2中所示. (2)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n=3的能级跃迁到n=2的能级.设波长为λ，由 ｈ＝E3－E2 得λ＝m ＝6.58×10-7m 【说明】 (1)原子物理中