原子结构 氢原子光谱精要.doc

原子结构编稿：郁章富　 审稿：代 洪 目标认知学习目标　　1、了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验，知道电子的发现和原子的核式结构模型　　2、通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。学习重点和难点　　核式结构模型、玻尔理论知识要点梳理知识点一——电子的发现1、阴极射线　　通常情况下，气体是不导电的；但在强电场中，气体能够被电离而导电。气体分子内部具有电荷，平时，正电荷和负电荷的数量相等，对外呈电中性。如果分子处于电场中，正电荷与负电荷的受力方向相反，电场很强时正负电荷被“撕开”，于是出现了自由电荷，气体就能导电了。平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果。　　通常大气中分子的密度很大，电离后的自由电荷运动时会与空气分子碰撞，正负电荷重新复合，所以难以形成稳定的气体放电电流。在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体。　　稀薄气体放电时可以看到辉光放电现象，如图所示，玻璃管的两端装有电极，管中有稀薄气体。将感应圈产生的数千伏以上的高电压加到放电管的两极，可以看到管壁上有辉光放电现象。　　　　　　　　　　　　　　如果管内的气体分子很少，气体压强降到0.1Pa以下，也就是管内成了通常所说的真空，这时就看不到辉光放电的现象了。但是，如果在阳极上钻一个小孔，则在阳极孔外的玻璃管壁上可以看到荧光，如果在管内放入一个物体，那么荧光中就会出现该物体的阴影。　　早在 1858年，德国物理学家普吕克尔就发现了这种现象。1876年，另一位德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。2、电子的发现　　从1890年起，英国物理学家J.J汤姆孙对阴极射线进行了一系列实验研究。如图是他当时使用的气体放电管的示意图，由阴极C发出的阴极射线通过狭缝A、B形成一条狭窄的射线，它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹。　　　　　　　　　　　　　（1）汤姆孙研究了阴级射线在电场和磁场中的偏转，确认射线是带负电的粒子，并测定计算出这种带电粒子的比荷（带电粒子的电荷量与其质量之比，即q/m，又称荷质比）。汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得比荷的数值是相同的。这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。后来这种粒子被称为电子。　　发现电子以后，汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热粒子发射效应和β射线、光电流和热粒子流，它们都包含电子，也就是说，不论是由于强电场的电离、正离子的轰击、紫外线的照射、金属受热还是放射物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子－－电子。这种带电粒子的质量只比最轻原子质量的两千分之一稍多一点。由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。　　（2）电子电荷的测定　　电子电荷的精确测定是 1910年由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。电子电荷的现代值为：e=1.602 177 33（49）×10-19C，通常取e=1.60×10-19C。密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷只能是e 的整数倍。从实验测得的比荷及e的数值，可以确定电子的质量me=9.109 389 7×10-31kg。质子质量和电子质量的比值mp/me=1 836知识点二——原子的核式结构模型1、汤姆孙的原子模型　　在汤姆孙发现电子之前，对于原子中正负电荷如何分布的问题，科学家们提出了很多模型。其中较有影响的是汤姆孙本人于1898年提出的一种模型。他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。有人形象地把汤姆孙模型称之为“西瓜模型”或“枣糕模型”。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　汤姆孙模型能够解释一些实验现象。但勒纳德在1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。看来原子不是一个实心球体。稍后的一些α粒子散射实验则完全否定了汤姆孙的模型。2、α粒子散射实验　　（1）α粒子　　α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的 4倍、电子质量的7300倍。　　（2）α粒子散射实验装置　　1909年，英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行了α粒子散射实验的研究，所用实验装置如图，当α粒子打到金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子的运动方向发生改变，也就是发生了α粒子的散射。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正负电荷的分布情况。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）实验现象　　绝大多数α粒子穿过金箔后，