原子结构导学案.docx

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原子结构导学案

18．1电子的发现

【学习目标】

1.知道电子是怎样发现的及其对人类探索原子结构的重大意义．

2．知道阴极射线及其产生方法，了解汤姆孙发现电子的研究方法．

3．能熟练运用所学知识解决电子在电场和磁场中运动问题．

【重点难点】

1.电子的发现过程．

2．电子在电场和磁场中运动的有关计算．

【易错问题】误认为气体压强越小辉光现象越明显．

【自主学习】

一、阴极射线

阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是_____．

对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。

（1）电磁波说：

代表人物，赫兹。

认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。

（2）粒子说：

代表人物，汤姆孙。

认为这种射线的本质是一种高速粒子流。

二、电子的发现

1897年英国物理学家_______通过研究_________发现了电子；1910年美国物理学家_________通过著名的____实验精确测定了电子的电荷量．电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，电子的电荷量约为__________C，电子的质量约为__________kg.任何带电体所带电量只能是电子电量的_______．

【课堂达标】

1．关于电子的发现者，下列说法正确的是（）

A．英国的汤姆孙B．德国的普吕克尔C．德国的戈德斯坦D．美国的密立根

2．汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是（）

A．物质中可能有电子，也可能没有电子B．不同的物质中具有不同的电子

C．电子质量是质子质量的1836倍D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元

3．关于电荷量下列说法不正确的是（）

A．电子的电量是由密立根通过油滴实验测得的B．物体的带电量可以是任意值

C．物体带电量的最小值为1.6×10－19CD．电子所带的电荷量称为元电荷

4.如图18－1－8所示，在阴极射线管正上方平行放一根通有强电流的长直导线，则阴极射线将（　　）

A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转

5．图18－1－9是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是（　　）

图18－1－9

A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向

C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向

6．图18－1－10为示波管中电子枪的原理示意图．示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U.电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v.下面的说法中正确的是（）

图18－1－10

A．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为2v

B．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为

C．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为

D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为

v

7．如图18－1－11所示，光电管的阴极被某种频率的光照射后，能产生光电效应．阴极K上的电子被激发逸出表面（初速度为零），经加速电压U加速后达到阳极A上，并立即被A吸收．若电子电荷量为e，质量为m.则A极在单位时间内所受的冲量为________．

18．2原子的核式结构模型

【学习目标】

1.知道α粒子散射实验的现象．

2．知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容，理解模型提出的主要思想．

3．知道原子核的核电荷数的意义及原子核的尺度．

【重点难点】

1.α粒子散射实验现象及其解释．

2．卢瑟福的原子核式结构模型．

【易错问题】误认为任何情况下核外电子数都等于核内质子数．

【自主学习】

一、汤姆孙的原子模型

汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个_____、______弥漫性地均匀分布在整个球体内，____镶嵌在球中．

汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子．

汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型．该模型能解释一些实验现象，但后来被_________实验否定了．

二、α粒子散射实验

1．α粒子：

是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的__________，带__________电荷，质量为_______质量的4倍．

2．实验结果

（1）________α粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进．

（2）_____α粒子发生大角度偏转，偏转角甚至大于90°.

3．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_________模型．

三、卢瑟福的核式结构模型

核式结构模型：

1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫________．它集中了原子全部的_______和几乎全部的_____，_____在正电体的外面运动．

四、原子核的电荷与尺度

1．电荷：

原子核是由_____和______组成的．原子核的电荷数就是核中的_______．2．尺度：

对于一般的原子核，实验确定的核半径R的数量级为______m.而整个原子半径的数量级是_____m．两者相差十万倍之多．可见原子内部是十分“空旷”的．

【课堂达标】

1．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）

A．该实验在真空环境中进行

B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动

C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的

D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光

2．在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的（　　）

A．万有引力　　　　　B．库仑力C．磁场力D．核力

3．原子核式结构学说，是卢瑟福根据以下哪个实验现象提出的（　　）

A．光电效应实验B．α粒子散射实验

C．汤姆孙发现电子的阴极射线实验D．密立根实验

4．从α粒子散射实验结果出发，推出的下述结论中正确的是（　　）

A．说明金原子的内部大部分是空的B．说明α粒子的质量比金原子质量还大

C．说明金原子也是个球体D．说明α粒子的速度很大

5．卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动．设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径r1＝0.53×10－10m，用经典物理学的知识，试计算在此轨道上电子绕核转动的加速度大小．

【跟踪训练】

1．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（　　）

A．α粒子与电子根本无相互作用

B．α粒子受电子作用的合力为零，电子是均匀分布的

C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子

2．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用

B．α粒子一直受到原子核的斥力作用

C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用

D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小

3．下列对原子结构的认识中，正确的是（　　）

A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外运动，库仑力提供向心力

C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约是10－10m

4．用α粒子轰击金箔，α粒子在接近金原子核时发生偏转的情况如图18－2－6所示，则α粒子的路径可能是（　　）

A．aB．b

C．cD．a、b、c都是不可能的

5．如图18－2－7所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是（　　）

A．α粒子在A处的速度比在B处速度小

B．α粒子在B处的速度最大

C．α粒子在A、C处的速度大小相等

D．α粒子在B处速度比在C处速度小

6．正电子是电子的反粒子，它跟电子电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布他们分别制造出了9个和7个反氢原子．这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是（　　）

A．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成

B．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成

C．一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成

D．一个带负电荷的质子和一个带正电荷的电子构成

7．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种情况（　　）

A．动能最小B．电势能最小

C．α粒子与金原子核组成的系统能量很小D．所受金原子核的斥力最大

8．1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了________（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型．若用动能为1MeV的α粒子轰击金箔，则其速度约为________m/s.（质子和中子的质量均为1.67×10－27kg,1MeV＝1×106eV）

图18－2－8

18．3氢原子光谱

【学习目标】

1.知道什么是光谱，什么是线状谱，什么是连续谱．

2．知道光谱分析的应用．

3．知道氢原子光谱的实验规律及巴尔末公式，知道经典电磁理论的困难．

【重点难点】1.线状谱与连续谱的区别．

2．氢原子光谱的实验规律．

【易错问题】误认为连续光谱只要通过气体就能产生暗线光谱．

【自主学习】

一、光谱

1．定义：

按照光的_____和强度分布的展开排列的记录，即光谱．2．分类：

有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫____，这样的光谱叫_______．有的光谱不是一条条分立的谱线，而是连续在一起的光带，这样的光谱叫做______．3．特征光谱：

各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射_________的光．不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子________是不一样的，因此这些_____称为原子的特征光谱．4．光谱分析：

利用原子的________来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析．

二、氢原子光谱的实验规律

1．许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索________的重要途径．

2．巴耳末公式：

＝R（

－

）（n＝3、4、5…）

3．巴耳末公式的意义：

以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的____特征．

三、经典理论的困难

1．核式结构模型的成就：

正确地指出了原子核的存在，很好地解释了_______实验．

2．困难：

经典物理学既无法解释原子的______又无法解释原子光谱的________．

【核心突破】

一、光谱和光谱分析

1．光谱分类

（1）连续谱

①产生：

炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱．

②特点：

其光谱是连在一起的光带．

【课堂达标】

1．关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是（　　）

A．光谱包括连续谱和线状谱B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱

C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析D．光谱分析帮助人们发现了许多新元素

2．下列光谱中哪些是线状谱（　　）

A．霓虹灯发光形成的光谱B．白炽灯产生的光谱

C．酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱D．蜡烛火焰产生的光谱

3．关于光谱，下列说法中正确的是（　　）

A．炽热的液体发射连续谱B．发射光谱一定是连续谱

C．线状谱和暗线谱都可以对物质成分进行分析D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱

1．关于光谱，下列说法正确的是（　　）

A．一切光源发出的光谱都是连续谱B．一切光源发出的光谱都是线状谱

C．稀薄气体发出的光谱是线状谱D．月亮的光谱是连续谱

2．通过光栅或棱镜获得物质发光的光谱，光谱（　　）

A．按光子的频率顺序排列　B．按光子的质量大小排列

C．按光子的速度大小排列D．按光子的能量大小排列

3．有关原子光谱，下列说法正确的是（　　）

A．原子光谱反映了原子结构特征

B．氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的

C．太阳光谱是连续谱

D．鉴别物质的成分可以采用光谱分析

4．对于光谱，下面的说法中正确的是（　　）

A．大量原子发光的光谱是连续谱，少量原子发光的光谱是线状谱

B．线状谱是由不连续的若干波长的光所组成

C．太阳光谱是连续谱

D．太阳光谱是线状谱

5．关于光谱分析，下列说法错误的是（　　）

A．光谱分析的依据是每种元素都有其特征谱线

B．光谱分析不能用连续光谱

C．光谱分析既可以用线状谱也可以用吸收光谱

D．分析月亮的光谱可得知月球的化学组成

6．以下说法中正确的是（　　）

A．进行光谱分析，可以用连续光谱，也可以用吸收光谱

B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速

C．分析某种物质的化学组成，可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析

D．摄下月球的光谱，可以分析出月球上有哪些元素

7．在太阳的光谱中有许多暗线，这表明（　　）

A．太阳内部含有这些暗线所对应的元素

B．太阳大气层中缺少这些暗线所对应的元素

C．太阳大气层中含有这些暗线所对应的元素

D．地球的大气层中含有这些暗线所对应的元素

8．有关氢原子光谱的说法正确的是（　　）

A．氢原子的发射光谱是连续谱

B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光

C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的

D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关

9.

图18－3－2

如图18－3－2甲所示的abcd为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（　　）

A．a元素　　　B．b元素

C．c元素D．d元素

10．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为

＝R（

－

），n＝4,5,6，…，R＝1.10×107m－1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：

（1）n＝6时，对应的波长？

（2）帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少？

n＝6时，传播频率为多大？

18．4玻尔的原子模型

【学习目标】

1.知道玻尔原子理论的基本假设．

2．知道能级、能级跃迁，会计算原子能级跃迁时辐射或吸收光子的能量．

3．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性．

【重点难点】

1.玻尔原子理论的基本假设．

2．会计算原子能级跃迁时辐射或吸收光子的能量．

【易错问题】

1.电子与原子碰撞发生能级跃迁时，误认为电子的能量必须等于能级之差．

2．对能级跃迁与电离的区别认识不清．

【自主学习】

1.电子与原子碰撞发生能级跃迁时，误认为电子的能量必须等于能级之差．

2．对能级跃迁与电离的区别认识不清．

一、玻尔原子理论的基本假设

1．轨道量子化

围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些_______、_______数值，这种现象叫做轨道量子化．

2．能量量子化

（1）定态：

电子在不同的轨道对应不同的____，在这些状态中尽管电子在做变速运动，却不向外________，在这些状态中原子是_____．

（2）能量量子化：

电子在不同轨道对应不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的____，因轨道是量子化的，所以原子的能量也是_________，____________实验充分说明了这一点．

（3）能级：

把量子化的_______称为能级，其中能量最低的状态叫做基态，其他的状态叫做_______．处于____的原子最稳定．

3．跃迁条件

（1）跃迁：

当电子由能量较高（较低）的定态轨道跳到能量较低（较高）的定态轨道的过程．

（2）电磁辐射：

当电子在不同的定态轨道间跃迁时就会放出或吸收一定频率的______，光子的能量值为：

hν＝________（其中h是普朗克常量，ν是光子的频率，Em是高能级能量，En是低能级能量）．

4．几个基本概念

（1）量子数：

现代物理学认为原子的可能状态是________，各状态的标号1,2,3,4，……，叫做______，一般用n表示．

（2）基态：

原子能量_____的状态．

（3）激发态：

原子能量较____的状态（相对于基态）．

（4）电离：

原子丢失____的过程．

二、玻尔理论对氢光谱的解释

原子从较高的能态向低能态跃迁时，放出光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．

三、玻尔模型的局限性

1．玻尔理论的成功之处

玻尔理论第一次将_____观念引入原子领域．

提出了定态和____的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律．

2．玻尔理论的局限性

过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动．

3．电子云

原子中的电子没有确定的____值，我们只能描述电子在某个位置出现_____的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云．

核心突破】

一、玻尔氢原子理论

1．轨道量子化

围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化，

例如：

r1＝0.053nm，r2＝0.212nm，r3＝0.477nm…，即rn＝n2r1，n＝1,2,3，

2．定态及原子能量量子化

不同的电子轨道对应着不同的原子状态，在这些状态中不向外辐射能量，这就是定态．原子在不同的定态中具有不同的能量，能量是量子化的．

例如：

E1＝－13.6eV，E2＝－3.4eV，E3＝－1.51eV…，

即En＝

，n＝1,2,3….

3．原子的能级跃迁

原子从一个定态跃迁到另一个定态，它辐射或吸收一定频率的光子，即hν＝Em－En，从高能级向低能级跃迁时辐射能量，反之吸收能量，辐射或吸收的能量为两能级的能级差．

二、原子跃迁注意的几个问题

1．跃迁与电离

跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程．

2．原子跃迁条件与规律

原子的跃迁条件hν＝E初－E终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，以下两种情况则不受此条件限制．

（1）光子和原子作用而使原子电离的情况

原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论．如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV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．

（2）实物粒子和原子作用而使原子激发的情况

当实物粒子和原子相碰时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差．

3．直接跃迁与间接跃迁

原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况下辐射（或吸收）光子的频率可能不同．

4．一个原子和一群原子

氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了．即：

一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱条数为N＝

＝C

，而一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出n－1条光谱线．

5．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化

当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小向外辐射能量．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大，从外界吸收能量．

【课堂达标】

1.玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有（　　）

A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量

B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的

C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子

D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率

2．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是（　　）

A．氢原子的能量增加

B．氢原子的能量减少

C．氢原子要吸收一定频率的光子

D．氢原子要放出一定频率的光子

3．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条不连续的亮线，其原因是（　　）

A．氢原子只有几个能级

B．氢原子只能发出平行光

C．氢原子有时发光，有时不发光

D．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的

4．根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指（　　）

A．电子的动能

B．电子的电势能

C．电子的电势能与动能之和

D．电子的动能、电势能和原子核能之和

5．氢原子辐射出一个光子后（　　）

A．电子绕核旋转半径增大

B．电子的动能增大

C．氢原子的电势能增大

D．原子的能级增大

6．如图18－4－6中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量En.用下列几种能量的光子照射处于基态的氢原子，能使氢原子发生跃迁或电离的是（　　）

图18－4－6

A．9eV的光子　　　　　　　B．12eV的光子

C．10.2eV的光子D．15eV的光子

7．处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1<ν2<ν3，则该照射光的光子能量为（　　）

A．hν1B．hν2C．hν3D．h（ν1＋ν2＋ν3）

8．氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光，已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1>λ2，则另一个波长可能是（　　）

A．λ1＋λ2B．λ1－λ2

C.

D.

9.

图18－4－7

图18－4－7所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态．若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是（　　）

A．原子A可能辐射出3种频率的光子

B．原子B可能辐射出3种频率的光子

C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4

D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4

10.

图18－4－8

氢原子的部分能级如图18－4－8所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子（　　）

A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短

B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光

C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高

D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光

11．有一群氢原子处于n＝4的能级上，已知氢原子的基态能量E1＝－13.6eV，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，求：

（1）这群氢原子的光谱共有几条谱线？

（2）这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？

12．氢原子基态能量E1＝－13.6eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0.53×10－10m．求氢原子处于n＝4激发态时：

（1）原子系统具有的能量．

（2）电子在n＝4轨道上运动的动能．

（3）要使n＝4激发态的电子电离，至少要用多大频率的光照射？

（已知能量关系En＝

E1，半径关系rn＝n2r1，k＝9.0×109N·m2/c2）