专题05 原子模型(原卷版)-【模型与方法】2023-2024学年高二物理同步模型易点通(人教版2019选择性必修第三册).docx

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专题05原子模型

电子的发现与原子的“枣糕模型”

1.阴极射线

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,这种射线命名为阴极射线。

2.汤姆孙的探究方法及结论

(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定,它的本质是带负电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷。

(2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,是氢离子比荷的近两千倍。

(3)结论:阴极射线粒子带负电,其电荷量的大小与氢离子大致相同,而质量比氢离子小得多,后来组成阴极射线的粒子被称为电子。

3.汤姆孙的进一步研究

汤姆孙又进一步研究了许多新现象,证明了电子是原子的组成部分。

4.电子的电荷量及电荷量子化

(1)电子电荷量:1910年前后由密立根通过著名的油滴实验得出,电子电荷的现代值为e=1.602×10-19C。

(2)电荷是量子化的,即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。

(3)电子的质量:me=9.10938356×10-31kg,质子质量与电子质量的比eq\f(mp,me)=1836。

说明:阴极射线实质是带负电的电子流。

5.“枣糕模型”

汤姆孙的原子模型在J.J.汤姆孙发现电子之后,对于原子中正负电荷如何分布的问题,科学家们提出了许多模型。J.J.汤姆孙本人于1898年提出了一种模型。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。有人形象地把他的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德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。这说明原子不是一个实心球体,这个模型可能不正确。之后不久,α粒子散射实验则完全否定了这个模型。

二、原子的核式结构模型

1.α粒子散射实验

(1)汤姆孙原子模型

汤姆孙于1898年提出了原子模型,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,电子镶嵌在球中。

(2)α粒子散射实验

①实验装置:α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。

②实验现象:

a.绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。

b.少数α粒子发生了大角度的偏转。

c.极少数α粒子的偏转角大于90°,甚至有极个别α粒子被反弹回来。

eq\o\ac(○,3)实验意义:卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了汤姆孙的原子模型,建立了核式结构模型。

2.卢瑟福的核式结构模型

核式结构模型

在原子的中心有一个很小的核,叫作原子核,原子的几乎全部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高速旋转。

三.玻尔氢原子模型

1.轨道量子化

轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。

氢原子各条可能轨道上的半径rn=n2r1(n=1,2,3…),其中n是正整数,r1是离核最近的可能轨道的半径,r1=0.53×10-10m。其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm…,不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。

2.能量量子化

(1)电子在可能轨道上运动时,尽管是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,这样的状态也称之为定态。

(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的,具有的能量也是不连续的。这样的能量值,称为能级,能量最低的状态称为基态,其他的状态叫作激发态,对氢原子,以无穷远处为势能零点时,其能级公式En=eq\f(1,n2)E1(n=1,2,3…)

其中E1代表氢原子的基态的能级,即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值,E1=-13.6eV。n是正整数,称为量子数。量子数n越大,表示能级越高。

(3)原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。

3.跃迁

原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,高能级Em低能级En。

可见,电子如果从一个轨道到另一个轨道,不是以螺旋线的形式改变半径大小的,而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。

四.能级图的理解

1.对能级图的理解

(1)能级图中n称为量子数,E1代表氢原子的基态能量,即量子数n=1时对应的能量,其值为-13.6eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。

(2)作能级图时,能级横线间的距离和相应的能级差相对应,能级差越大,间隔越宽,所以量子数越大,能级越密,竖直线的箭头表示原子跃迁方向,长度表示辐射光子能量的大小,n=1是原子的基态,n→∞是原子电离时对应的状态。

2.能级跃迁

处于激发态的原子是不稳定的,它会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为N=Ceq\o\al(2,n)=eq\

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