第18章原子结构导学案

学案5章末总结一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解1．实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进；少数α粒子有较大的偏转；极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，偏转角达到180°.2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转．3．原子核的组成与尺度(1)原子核的组成：由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数．(2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为10－15 m，而原子的半径的数量级是10－10 m．因而原子内部十分“空旷”．例1关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是()A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，使α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大解析在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错．答案BC二、对玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解1．玻尔原子模型(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做定态，能量最低的状态叫基态，其他的状态叫做激发态．(2)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(E m)跃迁到能量较低的定态轨道(E n)时会放出能量为hν的光子，则：hν＝E m－E n.反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定．(3)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道．2．氢原子能级跃迁(1)氢原子的能级原子各能级的关系为：E n＝E1n2(n为量子数，n＝1,2，3，…)对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6 eV.(2)氢原子的能级图氢原子的能级图如图1所示．图1例2 已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10m ，量子数为n 的能级为E n ＝－13.6n 2eV .(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线．(3)计算这几种光谱线中最短的波长．(静电力常量k ＝9×109 N·m 2/C 2，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，真空中光速c ＝3×108 m/s)解析 (1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则ke 2r 21＝m v 2r 1，又知E k ＝12m v 2，故电子在基态轨道上运动的动能为：E k ＝ke22r 1＝9×109×(1.6×10－19)22×0.528×10－10J ≈2.18×10－18 J ≈13.6 eV . (2)当n ＝1时，能级为E 1＝－13.612eV ＝－13.6 eV . 当n ＝2时，能级为E 2＝－13.622 eV ＝－3.4 eV .当n ＝3时，能级为E 3＝－13.632 eV ≈－1.51 eV .能发出的光谱线分别为3→2、2→1、3→1共3种，能级图如图所示(3)由E 3向E 1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．hν＝E 3－E 1，又知ν＝cλ，则有λ＝hc E 3－E 1＝ 6.63×10－34×3×108[－1.51－(－13.6)]×1.6×10－19 m ≈1.03×10－7 m. 答案 见解析三、原子的能级跃迁与电离1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下： 高能级E m 辐射光子hν＝E m －E n吸收光子hν＝Em －E n低能级E n .2．当光子能量大于或等于13.6 eV 时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV 时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．3．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(E ＝E m －E n )，均可使原子发生能级跃迁．例3 如图2所示，A 、B 、C 分别表示三种不同能级跃迁时放出的光子．由图可以判定( )图2A ．用波长为600 nm 的X 射线照射，可以使稳定的氢原子电离B ．用能量是10.2 eV 的光子可以激发处于基态的氢原子C ．用能量是2.5 eV 的光子入射，可以使基态的氢原子激发D 用能量是11.0 eV的外来电子，可以使处于基态的氢原子激发解析 “稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大于或等于13.6 eV ，而波长为600 nm 的X 射线的能量为E ＝h c λ＝6.63×10－34×3×1086 000×10－10×1.6×10－19eV ≈2.07 eV<13.6 eV ，A 错误． 因ΔE ＝E 2－E 1＝(－3.4) eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ，故10.2 eV 的光子可以使氢原子从基态跃迁到n ＝2的激发态，B 正确；2.5 eV 的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差，因此不能使氢原子发生跃迁，C 错误；外来的电子可以将10.2 eV 的能量传递给氢原子，使它激发，外来电子还剩余11.0 eV －10.2 eV ＝0.8 eV 的能量，D 正确． 答案 BD针对训练 一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV 的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？ 答案 能 1.4 eV解析 氢原子从基态n ＝1被完全电离至少需要吸收13.6 eV 的能量．所以15 eV 的光子能使之电离，由能量守恒可知，完全电离后还剩余动能E k ＝15 eV －13.6 eV ＝1.4 eV .1．(对核式结构模型的理解)在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是( ) A ．动能最小B．电势能最小C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小D．加速度最小答案 A解析在α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，当α粒子离金原子核最近时，它们之间的库仑力最大，α粒子的动能最小．由于受到的金原子核外电子的作用相对较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变．综上所述，正确选项应为A.2．(对氢原子能级跃迁的理解)如图3所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()图3A．13.6 eV B．12.09 eVC．10.2 eV D．3.4 eV答案 B解析受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，说明激发的氢原子处于第3能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为E＝E3－E1＝12.09 eV，故B正确．3．(原子的能级跃迁和电离问题)氢原子能级的示意图如图4所示，大量氢原子从n＝4的能级向n ＝2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()图4A．可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．a光的频率大于b光的频率D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离答案 C解析由能级跃迁公式ΔE＝E m－E n得：ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eVΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以氢原子从故A错；据ΔE＝hcλn＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 eV时才能电离，D错．4．(氢原子的能级跃迁)如图5所示为氢原子能级的示意图．现有大量的氢原子处于n＝4的激发态．当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是()图5A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属箔能发生光电效应答案 D解析在该题中，从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即发出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，发出光子的频率最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类数为C24＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34 eV，因而可以使逸出功为6.34 eV的金属箔发生光电效应，D正确．。

3 氢原子光谱[目标定位] 1.知道什么是光谱，能说出连续谱和线状谱的区别.2.能记住氢原子光谱的实验规律.3.能说出经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难．一、光谱和光谱分析[问题设计]根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样的？答案根据经典电磁理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子光谱应该是连续的，而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱．[要点提炼]1．光谱的定义用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．2光谱分类产生条件光谱形式发射光谱连续谱炽热固体、液体和高压气体发光形成连续分布，一切波长的光都有线状谱(原子光谱) 稀薄气体发光形成一些不连续的亮线组成．不同元素谱线不同(又叫特征谱线)吸收光谱炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波长的光被吸收后形成用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应)3.太阳光谱(1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱．(2)产生原因：当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，这就形成了连续谱背景下的暗线．4．光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析．(1)优点：灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－10g 时就可以被检测到．(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分． (3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱． 二、氢原子光谱的实验规律1．巴耳末公式 1λ＝R (122－1n2)，n ＝3,4,5，…式中R 叫做里德伯常量，实验值为R ＝1.10×107 m －1. (1)公式特点：第一项都是122；(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征． 2．其他公式氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的关系式．如莱曼系在紫外光区，公式为1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－1n 2，其中n ＝2,3,4，… 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α粒子散射实验． 2．困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征．一、光谱和光谱分析例1 关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( ) A ．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱 B ．霓虹灯产生的是线状谱C ．进行光谱分析时，只能用明线光谱D ．同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的解析 太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱． 答案 BD例2 关于太阳光谱，下列说法正确的是( ) A ．太阳光谱是吸收光谱B ．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的C ．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D ．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素 解析 太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳光谱可知太阳大气层的物质组成． 答案 AB二、氢原子光谱的实验规律例3 巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5，…，对此，下列说法正确的是( )A ．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B ．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C ．巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式D ．巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的解析 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的．氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C 、D 正确． 答案 CD例4 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )A.59B.49C.79D.29解析 由巴耳末公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2 n ＝3,4,5，… 当n →∞时，有最小波长λ1，1λ1＝R 122，当n ＝3时，有最大波长λ2，1λ2＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－132，得λ1λ2＝59. 答案 A1．(光谱和光谱分析)对原子光谱，下列说法正确的是( )A．原子光谱是连续的B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C．各种原子的原子结构不同，但各种原子的原子光谱可能是相同的D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案 D解析原子光谱为线状谱，A错误；各种原子都有自己的特征谱线，故B、C均错误；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确．2．(光谱和光谱分析)利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是( )A．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B．利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D．我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成答案 B解析由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过其它物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光，D错误．3．(氢原子光谱的实验规律)下列说法正确的是( )A．所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出B．巴耳末公式中的n可以连续取值C．巴耳末系是氢原子光谱中的不可见光部分D．氢原子光谱是线状谱的一个例证答案 D4．(氢原子光谱的实验规律)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1λ＝R(132－1n2)，n＝4,5,6，…，R＝1.10×107 m－1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求n＝6时，对应的波长为多大？答案 1.09×10－6 m解析由帕邢系的公式1λ＝R(132－1n2)，当n＝6时，得λ≈1.09×10－6 m.题组一光谱和光谱分析1．关于光谱，下列说法正确的是( )A．炽热的液体发射连续谱B．发射光谱一定是连续谱C．线状谱和吸收光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答案ACD解析炽热的液体的光谱为连续谱，所以选项A正确．发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，所以选项B错误．线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，所以选项C正确．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，所以选项D正确．2．白炽灯发光产生的光谱是( )A．连续谱 B．明线光谱C．原子光谱 D．吸收光谱答案 A解析白炽灯发光是灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱．3．下列关于光谱的说法正确的是( )A．炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱B．各种原子的线状谱中的亮线和它的吸收光谱中的暗线是一一对应的C．气体发出的光只能产生线状谱D．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱答案AB解析吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线是一一对应的，所以B正确．而气体发光时，若是高压气体发光则形成连续谱，若是稀薄气体发光则形成线状谱，故A正确，C错误．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气后，得到的是乙物质的吸收光谱，D错误．4．关于光谱，下列说法中正确的是( )A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱B．线状谱由不连续的若干波长的光所组成C．太阳光谱是连续谱D．太阳光谱是线状谱答案 B解析原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论有多少，其发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；由线状谱的特征知，B正确；太阳光谱是吸收光谱，C、D错误．5．关于物质的吸收光谱和线状谱之间的关系，下列说法中正确的是( )A．吸收光谱和线状谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关B．同种物质吸收光谱中的暗线跟它线状谱中的明线相对应C．线状谱与吸收光谱都是原子光谱，它们的特征谱线相对应D．线状谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定物质的化学组成答案BD解析线状谱与吸收光谱都是原子的特征谱线，但是线状谱是原子光谱，吸收光谱不是原子光谱，C 错误；线状谱和吸收光谱都可以进行光谱分析，D正确；同种物质吸收光谱中的暗线与它线状谱中的明线相对应，B正确，A错误．6．对于线状谱，下列说法中正确的是( )A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同B．每种原子处在不同的物质中的线状谱不同C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同答案 C7．如图1甲所示，是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是( )图1A．a元素 B．b元素C．c元素 D．d元素答案BD解析将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照．题组二氢原子光谱的实验规律8．下列对于巴耳末公式的说法正确的是( )A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B．巴耳末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长C．巴耳末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长答案 C解析巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．9．下列说法不正确的是( )A．巴耳末系光谱线的条数只有4条B．巴耳末系光谱线有无数条C．巴耳末系中既有可见光，又有紫外光D．巴耳末系在可见光范围内只有4条答案 A解析巴耳末系中的光谱线有无数条，但在可见光的区域中只有4条光谱线，其余都在紫外光区域．故B、C、D正确，A错误．10．氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1，其次为E2，则E1E2为( )A.2027B.2720C.23D.32 答案 A11．根据巴耳末公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2，计算n ＝3,4,5,6时的波长．答案 654.55 nm 484.85 nm 432.90 nm 409．09 nm解析 由巴耳末公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2可得 当n ＝3时，1λ1＝1.10×107×⎝ ⎛⎭⎪⎫122－132 m －1，故λ1≈6.545 5×10－7m ＝654.55 nm同理：当n ＝4时，λ2≈4.848 5×10－7m ＝484.85 nm 当n ＝5时，λ3≈4.329 0×10－7m ＝432.90 nm 当n ＝6时，λ4≈4.090 9×10－7 m ＝409.09 nm.。

一、阴极射线1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线．2．阴极射线的产生阴极射线是一种带负电的粒子流．英国物理学家汤姆孙使阴极射线在磁场和电场中产生偏转，来确定射线微粒的带电性质．3．阴极射线的特点(1)在真空中沿直线传播；(2)碰到物体可使物体发出荧光．电子的发现是与阴极射线的实验研究联系在一起的，而阴极射线的发现和研究是从真空放电现象开始的.1858年，德国物理学家普吕克在利用德国玻璃工盖斯勒发明的盖斯勒放电管研究气体放电时，发现对着阴极的管壁上出现了美丽的绿色荧光.1876年德国物理学家戈德斯坦证实这种绿色荧光是由阴极上所产生的某种射线射到玻璃上产生的，他把这种射线命名为“阴极射线”．“阴极射线”到底是什么？提示：带负电的粒子流(高速电子流)．这个问题曾引起了物理学界一场大争论．法国物理学家大多认为阴极射线是一种电磁波(以太波)，英国的物理学家则认为是一种带电粒子流，这一争论持续了二十年，促使许多物理学家进行了很多有意义的实验，推动了物理学的发展，这场争论最后由J.J.汤姆孙解决了，他用实验表明阴极射线就是带负电的粒子流．二、电子的发现1．汤姆孙的探究方法及结论 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转判定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷． 汤姆孙用不同材料的阴极和不同的气体做实验，所得的比荷都是相同的，是氢离子比荷的近千倍． 汤姆孙直接测量了阴极射线粒子的电荷量，得到这种粒子的电荷量大小与氢离子电荷基本相同．后来把组成阴极射线的粒子称为电子． 2．汤姆孙的进一步研究汤姆孙的新发现：不论是阴极射线、β射线、光电效应中的光电流还是热离子发射效应中的离子流，它们都包含电子．结论：它是从原子中发射出来的，它的质量只比最轻原子的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．3．对电子的认识电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，是由密立根通过著名的“油滴实验”测出来的．密立根发现，电荷是量子化的，任何电荷只能是e 的整数倍．电子质量m ＝9.1×10－31kg ，质子的质量与电子的质量的比值：m pm e ＝1_836.这个丰富多彩的世界是由原子构成的．原子内部呈现的复杂的结构，不断地吸引着人们去探索．现在利用先进的手段已经能够“看到”或“拿起”一个原子，但在19世纪，实验手段和设备相当简陋，人类只能运用观测的现象推测原子内部的情景．汤姆孙在研究原子结构方面取得开拓性的成果．汤姆孙在当时是通过什么样的实验发现电子的呢？提示：汤姆孙是在研究气体放电产生阴极射线的实验中发现电子的．考点一对阴极射线的认识1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线的本质是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线的本质是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响，其带电性质的判断方法如下：(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．【例1】如图所示，在阴极射线管正上方平行放一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．向上偏转先判断出直导线下方电流产生的磁场的方向，再由左手定则即可判断出阴极射线的偏转方向．【答案】D【解析】长直导线的电流方向向左，由安培定则可判定直导线下方所处磁场垂直纸面向外，由于电子从负极射出，根据左手定则可判定电子向上偏转，即阴极射线将向上偏转．总结提能本题综合考查了电流的磁场、左手定则以及阴极射线的产生和实质．(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是( BD )A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由阴极发生的电子流C．阴极射线是组成物体的原子D．阴极射线沿直线传播，但在电场、磁场中偏转解析：阴极射线是原子受激发射出的电子；碰到荧光物质时，能使荧光物质发光；电子流在电场和磁场中会发生偏转．考点二带电粒子比荷的确定1．电荷量的量子化带电体所带电荷量具有量子化，即任何带电体所带电荷量只能是电子电荷量的整数倍，即q＝ne(n为自然数)．2．比荷(或电荷量)的测定根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)，分以下两步：(1)让粒子通过正交的电磁场(如图)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到粒子的运动速度v＝EB.(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图)，保留磁场让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv ＝mv 2r ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r ，则由qvB ＝m v 2r 得q m ＝v Br ＝E B 2r .【例2】 在测阴极射线比荷的实验中，汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从C 出来的阴极射线经过A 、B 间的电场加速后，水平射入长度为L 的D 、E 平行板间，接着在荧光屏F 中心出现荧光斑．若在D 、E 间加上方向向下，场强为E 的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D 、E 电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B 的匀强磁场(图中未画)荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场．阴极射线向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的带电性；(2)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据L 、E 、B 和θ，求出阴极射线的比荷．由阴极射线在电场和磁场中受到的电场力和洛伦兹力的方向判断电性和磁场方向，利用两力的平衡关系，及阴极射线在磁场中做匀速圆周运动列方程求解比荷．【答案】 (1)负电 (2)垂直纸面向里 (3)E sin θB 2L【解析】 (1)由于阴极射线向上偏转，因此受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，即电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电．(2)根据题意知，在D 、E 区加上磁场时，阴极射线受到的洛伦兹力应向下，由左手定则可判断，磁场方向垂直纸面向里．(3)当射线在D 、E 间做匀速直线运动时有：qE ＝Bqv .当射线在D 、E 间的磁场中发生偏转时，有Bqv ＝mv 2r ，同时又有：L ＝r ·sin θ，如图．可得：q m ＝E sin θB 2L .总结提能 (1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系．(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图确定圆心位置，利用几何知识求其半径．(3)带电粒子通过互相垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE ＝qvB 可求其速度． 解决此类问题，要在熟练掌握各部分知识的基础上灵活解答．为了测定带电粒子的比荷q m，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B ，则粒子恰好不偏离原来的方向，求q /m 为多少？答案：2Ed B 2L 2解析：设带电粒子以v 0跟电场垂直进入匀强电场，则d ＝12at 2＝12qE m (L v 0)2 ①此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转，由平衡条件qE ＝qv 0B ，得v 0＝E B ② 由①②两式得qEL 22md ＝E 2B 2.解得q m ＝2EdB 2L2. 重难疑点辨析密立根油滴实验测量电子带的电荷量1．密立根实验的原理(1)如图所示，两块平行放置的水平金属板A 、B 与电源相连接，使A 板带正电，B 板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E 中．(2)小油滴由于摩擦而带负电，调节A 、B 两板间的电压，可以使小油滴在两板之间静止或做匀速直线运动，忽略空气阻力，此时油滴所受的电场力和重力平衡，即mg ＝Eq ，则电荷的电荷量q ＝mgE .实验发现，q 一定是某个最小电荷量的整数倍，这个最小的电荷量就是电子的电荷量，即e ＝1.602 177 33×10－19 C.2．密立根实验更重要的发现电荷量是量子化的，即任何电荷的电荷量只能是元电荷e 的整数倍，并求得了元电荷即电子所带的电荷量e .【典例】 图中，在A 板上方用喷雾器将油滴喷出，若干油滴从板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电．已知A 、B 板间电压为U 、间距为d 时，油滴恰好静止．撤去电场后油滴徐徐下落，最后测出油滴以速度v 匀速运动，已知空气阻力正比于速度f ＝kv ，则油滴所带的电荷量q ＝________.某次实验得q 的测量值见下表(单位：10－19 C)： 6.41 8.01 9.65 11.23 12.83分析这些数据可知：【解析】 mg －Eq ＝0，mg －kv ＝0，解得q ＝kv E .油滴带的电荷量是1.6×10－19 C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C.【答案】 kvE 电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C实际调节电压使油滴静止是很困难的，故实际测量需使油滴匀速运动，测出油滴匀速下降、上升的速度v 1、v 2，再求油滴带的电荷量．1．下面对阴极射线的认识正确的是( D )A ．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的B ．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C ．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波D ．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极解析：阴极射线是由阴极直接发出的，A 错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B 错误，D 正确；可以穿透薄铝片的，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C 错误．2．(多选)关于电荷量，下列说法中正确的是( BCD )A．物体所带电荷量可以是任意值B．物体所带电荷量只能是某些值C．物体所带电荷量的最小值为1.6×10－19 CD．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故解析：电荷量是量子化的，即物体的带电荷量只能是某一最小电荷量的整数倍，这一最小电荷量是1.6×10－19 C，A错误，B、C正确；物体带正电，是由于它失去了带负电的电子，D正确．3．带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的( A )A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 CC．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C解析：任何带电体的电荷量都只能是元电荷的整数倍，元电荷电荷量为e＝1.6×10－19C，选项A中电荷量为元电荷的3/2倍，B中电荷量为元电荷的4倍，C中电荷量为元电荷的10倍，D中电荷量为元电荷的250倍．也就是说B、C、D选项中的电荷量数值均是元电荷的整数倍，所以只有选项A是不可能的．4．如图所示为电视机显像管的偏转线圈示意图，圆心黑点表示从电子枪垂直于纸面射出的电子，它的方向由纸内指向纸外，当偏转线圈通以图示方向的电流时，电子束应( D )A．向左偏转B．向下偏转C．向右偏转D．向上偏转解析：由安培定则可判定上、下螺旋管的N极都在右方，S极都在左方，考虑到电子带负电，用左手定则，不难判断出，电子受洛伦兹力的方向向上，即电子束向上偏转，故正确选项为D.5．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．若在如图所示的阴极射线管中部加上竖直向上的匀强电场，阴极射线将向下(选填“外”“里”“上”或“下”)偏转；若使阴极射线不偏转，可在匀强电场区域再加一大小合适、方向垂直纸面向外(选填“外”或“里”)的匀强磁场．解析：阴极射线带负电，在竖直向上的匀强电场中受向下的库仑力作用，将向下偏转；要使阴极射线不偏转，应使其再受一竖直向上的洛伦兹力与库仑力平衡，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外．。

第十八章 原子结构18.1 电子的发现教学目标（1）了解阴极射线及电子发现的过程；（2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。

教学重点阴极射线的研究教学难点汤姆孙发现电子的理论推导教学过程任务一 预习导学（一）电子的发现 1、阴极射线（1）产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极，当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线。

（2）阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光。

2、汤姆孙的发现（1）阴极射线电性的发现为了研究阴极射线的带电性质，他设计了如图18－1－1所示装置，从阴极发出的阴极射线，经过与阳极相连的小孔，射到管壁上，产生荧光斑点；用磁铁使射线偏转，进入集电圆筒；用静电计检测的结果表明，收集到的是负电荷。

（2）测定阴极射线粒子的比荷。

如图18－1－2所示，从阴极K 发出的阴极射线通过一对平行金属板P 、P ＇间的匀强电场，发生偏转，偏转角θ与电场强度E 、极板长度L 以及带电粒子的速度v 的关系：tanθ＝mv EqLv v =⊥ ①电场力与磁场力平衡，不发生偏转，由BEv =② 为Kg /C me1110≈ 1898这种粒子的“身份”子，物理学家把这种粒子叫做电子。

②现在测得电子的比荷为e/m ＝1.75881×1011电子的电荷量为e ＝1.60219×10－19C ，从而计算出电子的质量为m ＝9.10953×10－31kg.③电子的质量约为氢原子质量的18361任务二 合作探究【例1】一只阴极射线管，正下方，放一通电直导线AB （ ）A ．导线中的电流由A 流向B B ．导线中的电流由B 流向AC 流方向来实现D ．电子束的径迹与AB 中的电流方向无关【例2】一种测定电子比荷的实验装置如图空玻璃管内、阴极发出的电子经阳极A 与阴极K 度进入两极板C 、D 荧光屏上的O 点；若在两极板间施加电压U 的电子将打在荧光屏上的P 直于纸面向外、磁感应强度为B 上产生的光点又回到O ，已知极板的长度l =5.00cm 距离d =1.50cm ，极板区的中点M L =12.50cm ，U =200V ，B =6.3×10-4T ，P 点到0试求电子的比荷。

初三化学导学案姓名：___ ___ 班级：小组：__________课题原子结构（第一课时）课型新授课教师复备栏或学生笔记栏【学习目标】1、认识原子的结构，掌握构成原子的粒子间的关系；2、知道核外电子分层排布示意图，掌握1到18号元素的原子的核外电子排布情况；3、培养想象能力和抽象思维能力。

【学习重点、难点】1、构成原子的粒子间的关系；2、原子核外电子的排布的规律。

【学法指导】启发法、讨论法、归纳总结法、课件与导学案结合法【知识链接】在课题1中，我们学习了分子和原子，知道原子是化学变化中的最小粒子，在化学变化中，原子不能再分。

但原子真的不可以再分吗？通过这一课题的学习，我们将知道原子还可以继续分。

【自主学习】1、原子是由和构成的；原子核是由和构成的；每个质子带；每个电子带；中子。

2、原子呈。

3、构成原子的各粒子之间的关系。

4、核外电子分为，离核最近的是，最外层电子数不超过（只有一层的，最外层电子数不超过）。

5、画出氢、碳、氧、钠、镁、硫、氯和氩的原子结构示意图。

【合作探究】1、原子为什么不显电性？2、在同一原子中，构成原子的各粒子数目一定相等的是哪些？数目不一定相等的是哪些？试举列说明。

3、为什么氦、氖、氩等稀有气体化学性质不活泼，不易与其他物质发生反应？4、在化学反应中，为什么钠、镁、铝等金属原子易失电子，氯、氧、硫等非金属原子易得电子？【整理学案】1、原子还可以再分原子核和核外电子，原子核又可分子质子和中子；2、了解原子结构示意图，能画出常见元素的原子结构示意图。

【达标测评】见课件。

《原子结构》导学案一、学习目标1、了解原子结构的发展历程，认识原子结构模型的演变。

2、理解原子的构成，掌握质子数、中子数、电子数之间的关系。

3、知道元素、核素、同位素的概念及其相互关系。

二、学习重点1、原子的构成及各微粒之间的数量关系。

2、元素、核素、同位素的概念及应用。

三、学习难点1、核素、同位素概念的理解及应用。

四、知识回顾1、物质是由什么构成的？2、化学变化的本质是什么？五、新课导入在我们的日常生活中，物质的种类繁多，性质各异。

比如，铁可以用来制造工具，氧气可以支持燃烧，水可以解渴。

那么，这些物质的性质为什么会有如此大的差异呢？这就需要我们深入了解物质的微观结构，特别是原子的结构。

六、原子结构模型的演变1、道尔顿原子模型19 世纪初，英国科学家道尔顿提出了近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。

2、汤姆生原子模型1897 年，英国科学家汤姆生发现了电子，他提出了“葡萄干布丁”模型，认为原子是一个平均分布着正电荷的球体，电子镶嵌其中。

3、卢瑟福原子模型1911 年，卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，认为原子的中心有一个带正电的原子核，电子在原子核外绕核运动。

4、玻尔原子模型1913 年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上，引入了量子化的概念，提出了原子的玻尔模型。

七、原子的构成1、原子的组成原子由原子核和核外电子构成，原子核又由质子和中子构成。

2、基本微粒的电性和电量质子带正电，电量为一个单位正电荷；中子不带电；电子带负电，电量为一个单位负电荷。

3、质子数、中子数、电子数之间的关系在原子中，质子数＝电子数；质量数＝质子数＋中子数。

八、元素、核素、同位素1、元素具有相同质子数（即核电荷数）的同一类原子的总称。

2、核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子称为核素。

3、同位素质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。

同位素的应用非常广泛，例如，在医疗上，放射性同位素可以用于诊断和治疗疾病；在农业上，同位素可以用于研究植物的光合作用和肥料的吸收等。

学案5章末总结一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解1．实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进；少数α粒子有较大的偏转；极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，偏转角达到180°.2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转．3．原子核的组成与尺度(1)原子核的组成：由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数．(2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为10－15 m，而原子的半径的数量级是10－10 m．因而原子内部十分“空旷”．例1关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是()A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，使α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的C ．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D ．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大解析 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A 错，B 对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C 对，D 错．答案 BC二、对玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解1．玻尔原子模型(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做定态，能量最低的状态叫基态，其他的状态叫做激发态．(2)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(E m )跃迁到能量较低的定态轨道(E n )时会放出能量为hν的光子，则：hν＝E m －E n .反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定．(3)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道．2．氢原子能级跃迁(1)氢原子的能级原子各能级的关系为：E n ＝E 1n 2(n 为量子数，n ＝1,2，3，…)对于氢原子而言，基态能级：E 1＝－13.6 eV .(2)氢原子的能级图氢原子的能级图如图1所示．图1例2 已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10 m ，量子数为n 的能级为E n ＝－13.6n 2 eV .(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线．(3)计算这几种光谱线中最短的波长．(静电力常量k ＝9×109 N·m 2/C 2，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，真空中光速c ＝3×108 m/s)解析 (1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则ke 2r 21＝m v 2r 1，又知E k ＝12m v 2，故电子在基态轨道上运动的动能为：E k ＝ke 22r 1＝9×109×(1.6×10－19)22×0.528×10－10J ≈2.18×10－18 J ≈13.6 eV . (2)当n ＝1时，能级为E 1＝－13.612 eV ＝－13.6 eV .当n ＝2时，能级为E 2＝－13.622 eV ＝－3.4 eV .当n ＝3时，能级为E 3＝－13.632 eV ≈－1.51 eV .能发出的光谱线分别为3→2、2→1、3→1共3种，能级图如图所示(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．hν＝E3－E1，又知ν＝cλ，则有λ＝hcE3－E1＝6.63×10－34×3×108[－1.51－(－13.6)]×1.6×10－19m≈1.03×10－7 m.答案见解析三、原子的能级跃迁与电离1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：高能级E m辐射光子hν＝E m－E n吸收光子hν＝E m－E n低能级E n.2．当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．3．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(E＝E m－E n)，均可使原子发生能级跃迁．例3如图2所示，A、B、C分别表示三种不同能级跃迁时放出的光子．由图可以判定()图2A．用波长为600 nm的X射线照射，可以使稳定的氢原子电离B．用能量是10.2 eV的光子可以激发处于基态的氢原子C．用能量是2.5 eV的光子入射，可以使基态的氢原子激发D用能量是11.0 eV 的外来电子，可以使处于基态的氢原子激发解析“稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大于或等于13.6 eV，而波长为600 nm的X射线的能量为E＝h cλ＝6.63×10－34×3×1086 000×10－10×1.6×10－19eV≈2.07 eV<13.6 eV，A错误．因ΔE＝E2－E1＝(－3.4) eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，故10.2 eV的光子可以使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确；2.5 eV的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差，因此不能使氢原子发生跃迁，C错误；外来的电子可以将10.2 eV的能量传递给氢原子，使它激发，外来电子还剩余11.0 eV－10.2 eV＝0.8 eV的能量，D 正确．答案BD针对训练一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？答案能 1.4 eV解析氢原子从基态n＝1被完全电离至少需要吸收13.6 eV的能量．所以15 eV的光子能使之电离，由能量守恒可知，完全电离后还剩余动能E k＝15 eV－13.6 eV＝1.4 eV.1．(对核式结构模型的理解)在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是()A．动能最小B．电势能最小C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小D．加速度最小答案A解析在α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，当α粒子离金原子核最近时，它们之间的库仑力最大，α粒子的动能最小．由于受到的金原子核外电子的作用相对较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变．综上所述，正确选项应为A.2．(对氢原子能级跃迁的理解)如图3所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()图3A．13.6 eV B．12.09 eVC．10.2 eV D．3.4 eV答案B解析受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，说明激发的氢原子处于第3能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为E＝E3－E1＝12.09 eV，故B正确．3．(原子的能级跃迁和电离问题)氢原子能级的示意图如图4所示，大量氢原子从n ＝4的能级向n＝2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()图4A．可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．a光的频率大于b光的频率D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离答案C解析由能级跃迁公式ΔE＝E m－E n得：ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eVΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV故A错；据ΔE＝hc＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，λ所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4eV时才能电离，D错．4．(氢原子的能级跃迁)如图5所示为氢原子能级的示意图．现有大量的氢原子处于n＝4的激发态．当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是()图5A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属箔能发生光电效应答案D解析在该题中，从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即发出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，发出光子的频率最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类数为C24＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34 eV，因而可以使逸出功为6.34 eV的金属箔发生光电效应，D正确．。

《原子结构模型》导学案一、学习目标1、了解原子结构模型的发展历程。

2、理解不同原子结构模型的主要观点和特点。

3、掌握原子的基本构成和相关概念，如原子核、质子、中子、电子等。

4、能够运用原子结构的知识解释一些常见的化学现象和规律。

二、学习重难点1、重点（1）原子结构模型的演变过程。

（2）原子的组成和各微粒之间的关系。

2、难点（1）对不同原子结构模型的理解和比较。

（2）电子在核外的运动状态和排布规律。

三、知识链接在学习原子结构模型之前，我们已经对物质的组成和化学变化有了一定的了解。

知道物质是由元素组成的，化学变化中原子是最小的粒子，不会再分。

四、学习过程（一）原子结构模型的发展1、道尔顿原子模型时间：19 世纪初观点：原子是不可再分的实心球体。

道尔顿的原子学说对化学的发展起到了重要的推动作用，但它存在着局限性，没有认识到原子内部的结构和复杂性。

2、汤姆生原子模型时间：19 世纪末发现：电子的存在观点：原子是一个平均分布着正电荷的球体，电子镶嵌其中，就像葡萄干面包一样。

汤姆生的模型打破了原子不可再分的观念，但他没有说明正电荷在原子中的分布情况。

3、卢瑟福原子模型时间：1911 年实验：α粒子散射实验观点：原子的中心有一个带正电的原子核，电子在原子核外绕核运动。

卢瑟福通过实验证明了原子核的存在，并且提出了原子的核式结构模型，但他没有解释电子的运动规律。

4、玻尔原子模型时间：1913 年观点：电子在原子核外的一些特定轨道上运动，这些轨道的能量是量子化的。

玻尔的模型在一定程度上解释了原子的稳定性和线状光谱，但仍然存在不足。

5、现代原子结构模型（电子云模型）观点：电子在原子核外的空间里高速运动，没有确定的轨道，只能用电子云来描述电子在核外出现的概率。

现代原子结构模型是基于量子力学的理论，能够更准确地描述原子的结构和性质。

（二）原子的构成1、原子的组成原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成。

2、相关微粒的性质质子：带一个单位的正电荷，相对质量约为 1。

高中物理选修3—5第十八章《原子结构》全章导学案汇总一.§§18.1《电子的发现》（附课后同步强化训练与详细参考答案）二.§§18.2 《原子的核式结构模型》（附课后同步强化训练与详细参考答案）三.§§18.3 《氢原子光谱》（附课后同步强化训练与详细参考答案）四.§§18.4 《波尔的原子模型》（附课后同步强化训练与详细参考答案）§§18.1 《电子的发现》导学案【教学目标】1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程。

2．知道电子是原子的组成部分。

3．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。

重点：电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。

难点：阴极射线【自主预习】1.1897年，汤姆孙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________的粒子流并求出了这种粒子的________，后来汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的________，它的电荷量的大小与氢离子大致相同。

2．组成阴极射线的粒子被称为________。

电子是________的组成部分，是比原子更基本的物质单元。

3．电子电荷的精确测定是在1910年前后由________通过著名的________做出的。

电子电荷的值一般取做e＝________ C。

4．密立根实验更重要的发现是：电荷是________的，即任何带电体的电荷只能是e 的________。

5．质子质量与电子质量的比值为 m p/m e＝________。

6.阴极射线的产生1). 阴极射线由阴极射线管产生2)．阴极射线 :在两极间加有高压时，阴极会发生一种射线，这种射线称为阴极射线。

3)．阴极射线的特点:阴极射线能够使荧光物质发光。

4)．对阴极射线的本质的认识：19世纪后期的两种观点：(1)认为是电磁辐射，类似X射线；(2)是带电粒子。

7. 2.密立根的“油滴实验”1910年密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷现代值为e＝1.602 177 33(49)×10－19 C，有关计算中一般使用e＝1.6×10－19 C。

人教版高中物理选修3-5第十八章原子结构全章导学案第一节电子的发现前置诊断：本节主要介绍汤姆孙（J.J.Thomson）发现电子的科学思想和实验方法。

1.1897年，汤姆生根据在电场和磁场中的断定，其本质是带电的，并求出了这种粒子的比荷。

2.电子电荷的精确测定是由的实验测出的，其值为。

3.电子发现的重大意义表明了原子是能够的。

专家说课：19世纪初，人们从化学实验中知道原子是组成物质的微粒。

一百多年来，人们一直认为原子是不能再分的，直到19世纪末，汤姆生发现了电子，摧毁了原子不可再分的信念，揭开了探索原子内部结构的畜牧，从此原子物理学飞速发展。

电子的发现，改变了原子是组成物质的最小微粒的看法，认识到原子是由更小的微粒构成的。

电子比荷和电荷量的测定，对认识电子的性质起重要作用。

一.教材中考虑到学生对阴极射线的知识了解得比较少，因此在叙述汤姆孙研究电子的方法之前予以介绍。

学生在前面的模块中已经熟悉带电粒子在电磁场中运动的规律，因此课本没有平铺直叙，而是用两个“思考与讨论”引导学生。

（1）汤姆孙可能用什么方法判断组成阴极射线的粒子的电性；（2）让学生根据提示，自己推导出电子比荷的表达式，从而对汤姆孙研究电子的方法有更深刻的认识。

二.本节课标及解读。

通过对阴极射线的发现和争论，了解人类发现电子的历程，感受科学精神和科学方法的精髓。

三.本节开始通过问题引出关于阴极射线的发现和争论，是一段很好的物理史料，可以在学生自学讨论的基础上激发探讨科学的兴趣，有利于对学生进行情感、态度和价值观的培养。

通过对教材中“思考和讨论”的理论探究，利于学生科学方法的培养。

四.本节的重点是电子发现过程及方法的介绍，如何判断阴极射线的电性，电子电荷的数值。

学习的难点是如何推导阴极射线的比荷。

电子发现的本身是一个很好的培养学生分析问题和解决问题的内容。

突出电子发现的重大意义，弄清电子的发现方法和过程，是教学中应当重视的问题。

课堂探究：一、教材第47页中的研究阴极射线的实验，可引导学生积极讨论如何判断射线的电性，有条件的学校可以让学生亲自操作，感受探究阴极射线带电性质的实验过程。

第18章原子结构 第2节原子的核式结构模型 导学案一、汤姆孙的原子模型 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，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图.2．α粒子散射实验：(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、放大镜、荧光屏等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中．(2)实验现象①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进；②少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”．(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．二、卢瑟福的核式结构模型1．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，叫原子核．它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．2．原子核的电荷与尺度知识点一 对α粒子散射实验的理解与分析班级： 姓名：规律探究：如图所示为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α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：(1)什么是α粒子？(2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？(3)实验现象如何？(4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？例1.如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹D．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似练习1.英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，提出了原子的核式结构学说，如图所示，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是()【小结】： 1．实验现象(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．(2)少数α粒子发生较大的偏转．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.2．理解(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．(2)汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．(3)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用．(4)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内．知识点二原子的核式结构模型与原子核的组成规律探究：如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．(1)为什么绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向前进？(2)为什么少数的α粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？例2. (多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论，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．原子核的直径大约为10－10 m练习2. (多选)下列关于原子核式结构理论说法正确的是()A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转【小结】： 1．原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比：核式结构模型枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在原子是充满了正电荷的球体一个很小的核里电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数．3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．4．原子核的大小：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15.【课堂巩固练习】1．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是()A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型2．(多选)如图为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述说法中正确的是()A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时稍少些C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光3．(多选)关于α粒子的散射实验，下列说法中正确的是()A．该实验说明原子中正电荷是均匀分布的B．α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构理论4．(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有()A．原子的中心有个核，叫原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内D．带负电的电子在核外绕着核旋转5．X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的()6．关于α粒子散射实验()A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C．α粒子离开原子核的过程中，动能增加，电势能也增加D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小第18章原子结构第2节原子的核式结构模型导学案答案知识点一对α粒子散射实验的理解与分析规律探究：(1)α粒子(42He)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氦原子核，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7 300倍．(2)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子．②带荧光屏的放大镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光．实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，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粒子会改变原来的运动方向．带有放大镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目．(3)α粒子散射实验的实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.(4)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．例1.答案D解析α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射．所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，所以选项A、B错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项C错误，D正确．练习1.D 解析：α粒子散射实验的原因是α粒子与金原子核间存在库仑斥力，因此，仅有D图正确。

第十八章原子结构课前自主学习（学案）一、请学生自主复习教材第十八章原子结构P46至P63。

二、结合复习的内容思考如下问题：1、人类对原子结构认识的历史是从电子的发现开始的。

1890年英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现了电子。

在研究原子结构时，他提出了枣糕模型，请说出这种模型的特点。

2、1909年--1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔的实验，即著名的“α粒子散射实验”，该实验的结果是什么？（注意几个关键词）3、请绘制一幅简图，描绘原子核式结构模型的α粒子散射的图景。

4、原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾主要体现在哪两个方面？1913年丹麦的物理学家玻尔提出了原子结构的三个基本假设，建立了玻尔原子模型，请说出玻尔原子模型的三个基本假设的内容。

5、请用玻尔理论解释：为什么原子的发射光谱都是一些分立的亮线？如果大量氢原子处在n=4能级，可辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？三、自主解答几道题目：1、卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D．带负电的电子在核外绕着核旋转2、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，是因为电子是均匀分布的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3、卢瑟福通过_______________实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型，平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹．4．一个氢原子中的电子从一半径为r a的轨道自发地直接跃迁至另一半径为r b的轨道，已知r a>r b，则在此过程中（）A．原子发出一系列频率的光子B．原子要吸收一系列频率的光子C．原子要吸收某一频率的光子D．原子要辐射某一频率的光子参考答案：1．ACD 2．C 3 ．4．D课堂主体参与（教案）【学习目标】1、知道并理解原子核式结构模型，了解科学家探究原子结构的过程2、知道原子的能级的概念，并能进行一些简单的应用【重点、难点】1、核式结构模型对α粒子散射实验的解释2、玻尔的原子模型【学习内容】一、课前自主学习检查1、原子结构的认识过程是非常曲折的，请回答核式结构和玻尔模型提出的背景分别是：①___________________________________________________________②___________________________________________________________2、如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是（）A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少3、氢原子的能级和电子可能轨道半径公式分别是：①氢原子的能级公式E n=________E1（其中E1为基态能量，E1=－13.6eV）②氢原子的电子轨道半径公式: r n= ________r1（其中r1内基态半径，r1=0.53×10－10m）4.氢原子的能级图，如图：(1)能级图中的横线表示_____________________(2)横线左端的数字“1，2，3…”表示__________，右端的数字“一13.6，一3.4，…”表示__________________．(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越_________． (4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：_____________． 5．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E 的轨道跃迁到能量为E ’的轨道，辐射出波长为γ的光，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，求能量E ’． 参考答案：1．①汤姆孙的“枣糕模型”无法解释α粒子散射实验②卢瑟福的核式结构无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特性 2．AD 3．21n ；n 4．氢原子可能的能量状态——定态；量子数；氢原子的能级；小；h γ=E m －E n5．解析：根据玻尔理论，原子从一种定态(设能量为E)跃迁到另一种定态(设能量为E ’)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，即 h γ=E －E ’，又光在真空中传播时λcv =，联立得E'=E 一λch二、构建知识框架，剖析典型概念1．人类对原子结构的认识史是从电子的发现开始的。

第18章第1节电子的发现课前预习案：一、 阴极射线1. 演示实验：如图所示，真空玻璃管中，K 是金属板制成的 ____ ,接在感应线圈的 _____ 上，金属环制成的 ______ A,接感应线圈的____ ，接通电源后，观察管端玻璃壁上亮度的变化.2. 实验现象：德国物理学家普H 克尔在类似的实验中看到了玻璃壁上淡淡的 ____ 及管小物休在玻璃壁上的 ______ .3. 实验分析：荧光的实质是山于玻璃受到 ____ 发出的某种射线的撞击而引起的，这种射 线被命名为 _________ .二、 电子的发现1. 汤姆孙对阴极射线的探究（1川••阴极射线分别通过电场或磁场，根据 现象，证明它是 _______ 的粒子流并求出 了其比荷.⑵换用不同材料的阴极做实验，所得粒子的 ________ 和同，是氢离子比荷的近两千倍.（3）结论：粒了带 __ ，其电荷量的大小与 _______ 大致相同，而质量 _______ 氢离了的 质量，后來组成阴极射线的粒子被称为 ____ .课堂探究案：一、 第47页中的研究阴极射线的实验，分组讨论如何判断射线的电性？二、 电子的发现物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。

实验装置如图（课本图18. 1-2所示）, 从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过GC2示沿肓线打在荧光屏A ，上。

（1） 当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位宜向下偏，则 可判定，阴极射线带有 ____ 电荷。

________________________ ― 磁场 （2） 为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域一 采取什么播施。

并求出v V 0 — 9 ■（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动悄况，利用已有的知"识口行推导出电子比荷的表达式。

其速度偏转角为:观红一Lm （r ）+-）52L2思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能 否根据磁场的特点和带电粒了在磁场中的运动规律来 计算阴极射线的比荷？当堂检测案1. 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 _________ o 若在如图18-1-3所示的阴极射线管中都加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将 ___________ （填“向下”“向上”“向外”）偏转。

本套资源目录2019_2020学年高中物理第18章1电子的发现学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第18章2原子的核式结构模型学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第18章3氢原子光谱学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第18章4玻尔的原子模型学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第18章章末复习课学案新人教版选修3_51电子的发现[学习目标] 1.知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程．(重点)2.知道电子是原子的组成部分．(重点)3.知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系．(重点、难点)一、阴极射线1．实验装置真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈．2．实验现象感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出B(A.阴极射线 B．荧光)．3．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．二、电子的发现1．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．2．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，是比原子更基本的物质单元．3．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为e ＝1.602×10－19 C.(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：m e ＝9.109 389 7×10－31 kg ，质子质量与电子质量的比m pm e＝1 836.1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的．(×) (2)阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光．(√) (3)阴极射线实际上是高速运动的电子流．(√) (4)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的．(×)2．阴极射线管中加高电压的作用是( )A ．使管内的气体电离B ．使阴极发出阴极射线C．使管内障碍物的电势升高D．使管内产生强电场，电场力做功使电子加速[解析]在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，B错误；阴极发射出的电子流通过高电压加速后，获得较高的能量，与玻璃壁发生撞击而产生荧光，故A、C错，D正确．[答案] D3．(多选)关于电荷的电荷量下列说法正确的是( )A．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍[解析]密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6×10－19C，并提出了电荷量子化的观点，因而A对，B错，C对；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故D对．[答案]ACD1(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．【例1】(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量[解析]阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，选项C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D 正确．[答案]AD1．关于阴极射线，下列说法正确的是( )A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D．阴极射线的比荷比氢原子的比荷小[解析]阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故AB错误；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C正确；阴极射线本质是电子流，故其比荷比氢原子的比荷大得多，故D错误．[答案] C1根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：(1)让电子通过正交的电磁场，如图(甲)所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bqv ＝qE )得到电子的运动速度v ＝E B.甲(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图(乙)所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv ＝mv 2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r ，则由qvB ＝m v 2r 得q m ＝v Br ＝E B 2r.乙2．密立根油滴实验(1)装置密立根实验的装置如图所示．①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v1.②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.【例2】如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置．当极板P和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2.(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小；(2)推导出电子比荷的表达式．[解析] (1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev ＝Ee ＝U b e ，得v ＝U Bb即打到荧光屏O 点的电子速度的大小为U Bb.(2)由d ＝12Ue bm ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1v 2＋Ue bm L 1v ·L 2v可得 e m ＝2dbv 2UL 1(L 1＋2L 2)＝2dU B 2bL 1(L 1＋2L 2). [答案] (1)U Bb (2)2dU B 2bL 1(L 1＋2L 2)巧妙运用电磁场测定电子比荷(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE ＝qvB ，可以测出电子速度的大小．(2)电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和．2．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m ，调节两极板间的电势差U ，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d .则可求出小油滴的电荷量q ＝________.[解析] 由平衡条件得mg ＝q U d ，解得q ＝mgd U . [答案] mgd U1.英国物理学家汤姆孙发现了电子.2.组成阴极射线的粒子——电子.3.密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量.1．(多选)已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是( )A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C．阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变D．阴极射线通过偏转电场能够改变方向[解析]因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C对．[答案]ABC2．(多选)汤姆孙通过对阴极射线的探究，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．任何物质中均有电子B．不同的物质中具有不同的电子C．不同物质中的电子是相同的D．电子质量是质子质量的1 836倍[解析]汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子——即电子，它的质量远小于质子的质量；由此可知A、C正确，B、D错误．[答案]AC3．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．电子是第一种被人类发现的微观粒子D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象[解析]发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确．[答案]BCD4．(多选)如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏转，则( )A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关[解析]阴极射线的粒子是电子带负电，由左手定则判断管内磁场方向为垂直于纸面向里．由安培定则判断AB中电流的方向由B流向A.A项错误，B项正确；电流方向改变，管内的磁场方向改变，电子的受力方向也改变，C正确，D错误．[答案]BC2原子的核式结构模型[学习目标] 1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象．(重点)2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．(重点、难点)3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力．(重点)一、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：①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．②少数α粒子发生了大角度的偏转．③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．(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．二、卢瑟福的核式结构模型1．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，叫原子核．它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．2．原子核的电荷与尺度1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．(×)(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．(√)(3)原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)(4)原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)(5)核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)2．(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是( )A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光[解析]在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反射回来，故B、D错误，C正确．[答案]AC3．卢瑟福α粒子散射实验的结果( )A．证实了质子的存在B．证实了原子核是由质子和中子组成的C．证实了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子的正电荷均匀分布在整个原子中[解析]α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子．[答案] C1放射源、金箔、荧光屏等，如图所示．2．现象及解释(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．大多数α粒子离金原子核较远．(2)少数α粒子发生较大的偏转．发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核．3．实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行．(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄．另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显．【例1】在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是( )[解析]α粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，故只有C正确．[答案] C(1)分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为.“大角度偏转”只是少数粒子的行为.(2)α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键.通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景.1．(多选)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[解析]由于α粒子有很强的电离作用，其穿透能力很弱，所以该实验要在真空中进行，选项A正确；α粒子打在荧光屏上会有闪光，为了观察大角度散射，带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动，选项B、C正确，选项D错误．[答案]ABC1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别．2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等．3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．【例2】(多选)关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是( )A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径约是10－10 m[解析]由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，选项A正确，选项C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，选项B正确；原子核半径的数量级是10－15 m，原子半径的数量级是10－10 m，选项D错误．[答案]AB2．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子[解析]原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对．[答案]BCD课堂小结1.α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.2.原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有正电荷和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核旋转.3.原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数.知识脉络1．(多选)对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有( )A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以[解析]若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B 错；若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C对；若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，故D错．[答案]AC2．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[解析]α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．[答案] B3．在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量情况正确的是( )A．动能最大B．势能最小C．势能最大D．α粒子与金原子核组成的系统能量最小[解析]α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，故A、B错误，C正确；系统的能量守恒，选项D错误．[答案] C4.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是( )A．可能在①区域B．可能在②区域C．可能在③区域D．可能在④区域[解析]α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A.[答案] A3氢原子光谱[学习目标] 1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念．(重点)2.知道氢原子光谱的实验规律．(重点)3.知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特征．(难点)一、光谱1．定义用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．2．分类(1)线状谱：由一条条的亮线组成的光谱．(2)连续谱：由连在一起的光带组成的光谱．3．特征谱线各种原子的发射光谱都是线状谱，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线．4．光谱分析(1)定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分．(2)优点：灵敏度高．二、氢原子光谱分析1．氢原子光谱的实验规律(1)光谱研究的意义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原子结构的重要途径．(2)气体发光原理①气体放电：玻璃管中稀薄气体在强电场的作用下会电离，形成自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光．②氢光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱．(3)巴耳末公式①公式：1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫122－1n2(n＝3,4,5…)．②意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．2．经典理论的困难(1)用经典(电磁)理论在解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征时遇到了困难．(2)经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用来解释原子世界的现象．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)(2)不同原子的发光频率是不一样的．(√)(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×)(4)氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．(√)2．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是( )A．原子光谱是不连续的B．原子光谱是连续的C．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的D．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同[解析]原子光谱为线状谱，A正确，B错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C错，D对．[答案]AD3．(多选)以下论断中正确的是( )A．按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波B．按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内C．按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确D．经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象[解析]卢瑟福的核式结构没有问题，主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象．[答案]ABD光谱分类和光谱分析12．太阳光谱(1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱．(2)对太阳光谱的解释：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线．3．光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g.(2)应用：①应用光谱分析发现新元素；②鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发。