人教版高中物理选修35第十八章 原子结构自主学习学案.docx
- 文档编号:17626409
- 上传时间:2023-07-27
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:100.41KB
人教版高中物理选修35第十八章 原子结构自主学习学案.docx
《人教版高中物理选修35第十八章 原子结构自主学习学案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人教版高中物理选修35第十八章 原子结构自主学习学案.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
人教版高中物理选修35第十八章原子结构自主学习学案
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ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道,已知ra>rb,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.ACD2.C3.4.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En=________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:
rn=________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.
;n
4.氢原子可能的能量状态——定态;量子数;氢原子的能级;小;hγ=Em-En
5.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
hγ=E-E’,又光在真空中传播时
,联立得E'=E一
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。
原子中正负电荷分布的研究
↓
汤姆孙的枣糕模型
↓←α粒子散射实验否定
卢瑟福的核式结构模型
↓←与经典电荷理论的矛盾
玻尔的原子结构模型
2.核式结构模型对α粒子散射实验的解释
(1)因为原子核很小,原子的大部分空间是空的,大部分α粒子穿过金箔时离核很远,受到的库仑力很小,运动几乎不受影响,因而大部分α粒子穿过金箔后,运动方向几乎不改变.
(2)只有少数a粒子从原子核附近飞过,受到原子核的库仑力较大,才发生较大角度的偏转.
3.玻尔的原子模型
(1)内容
①能级假设——原子只能处在一系列不连续的能量状态中,在这些状态中,原子是稳定的,电子虽然做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态.
②跃迁假设——原子从一种定态跃迁到另一种定态时,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hγ=E2-E1.
③轨道假设——原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的.
(2)氢原子的能级公式和轨道公式
①能级公式
氢原子存在一个能量最低也是最稳定的状态,称为基态,其能量用E1表示;其余定态称为激发态,能量用En表示,由玻尔理论可推出氢原子能级公式
式中,n称为能量量子数.E1=-13.6eV
注意:
原子定态能量E是指核外电子动能及电子与核之间的电势能之和;E是负值,这里是取电子自由态作为能量零点.
②半径公式:
rn=n2r1(n=1,2…).
式中r1为基态半径,又称为玻尔半径,r1=0.53×10-10m.
③原子各定态的能量值——能级
对于氢原子:
E1=-13.6eV,E2=-3.4eV,E3=-1.51eV,E4=-0.85eV
其能级图如图所示.
4.原子能级跃迁问题
跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道,而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态).
(1)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.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.
(2)使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
原子若是吸收光子的能量而被激发,则光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收,不存在激发到n=2时能量有余,而激发到n=3时能量不足,则可激发到n=2的问题.
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地被原子吸收.所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能差差值(E=Em一En),均可使原子发生能级跃迁。
三、自主研究例题(教师投影出典型例题,让学生自主完成后再公布答案)
例1
(1)关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系,下列说法正确的是()
A.卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的
B.卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论
C.卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性
D.卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
(2)在α粒子散射实验中,α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力而发生的.实验中即使1mm厚的金箔也大约有3300层原子,但绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,只有少数发生了大角度偏转,这说明了什么?
_____________________________
例2如图所示为氢原子最低的四个能级,当氢原子在这些能级间跃迁时:
(1)有可能放出________种能量的光子.
(2)在哪两个能级间跃迁时,所放出光子波长最长?
波长是多少?
例3.已知钠原子在A、B、C、D、E几个能级间跃迁时辐射的波长分别为:
589am(B→A),330nm(C→A),285nm(D→A),514nm(E→B).试作出钠原子在这几个能量范围的能级图.作图时注意,表示能级的横线间的距离和相应能级差成正比,并在线旁以电子伏为单位标出这个能级的值(设最高能级为O).
例4.用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再次进行观测,发现光谱线的数目比原来增加了5条.用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差,E表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图(如图)可以判断,△n和E的可能值为()
A.△n=1,13.22eV B.△n=2,13.22eV C.△n=1,12.75eV D.△n=2,12.75eV 四、小组讨论质疑 五、师生合作研讨 例1解析 (1)选D。 由于卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布,并非为了验证汤姆孙模型是错误的,A错误;卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误而提出“核式结构”理论的,B错误;卢瑟福做了α粒子散射实验后,由实验现象提出了“核式结构”理论,C错误,D正确. (2)α粒子穿过金箔后绝大多数仍沿原来的方向前进,说明它们距正电荷部分较远,库仑力很小;尽管经过若干层原子,但靠近正电荷部分的机会很小,这说明原子内带正电荷部分在整个原子中占的空间非常小. 例3解析: 根据 可以由辐射的波长得到几个能级差; EB-EA=2.1eV;EC-EA=3.8eV; ED-EA=4.4eV;EE-EB=2.4eV; 根据以上能级差所作能级图如答案图 例4解析若△n=1,由于光谱线增加了5条,氢原子必然由n=5能级跃迁到n=6能级,电子的能量E>E6一E1=13.22eV,同时应满足E 氢原子处在量子数为n的激发态,则辐射谱线(或光子种数)条数N= = n(n-1).由题意知: N1= N2= ,N2-N1= - =5,即 n2(n2-1)- n1(n1-1)=5,整理得 ,其中△n=n2-n1是整数.可见: 只有两组解①n2=6,n1=5,△n=1,②n2==4,n1=2,△n=2,由此可求得电子能量的取值范围. 六、总结提升 考纲要求知道卢瑟福的核式结构学说及α粒子散射实验现象,知道玻尔理论的要点及氢原子能级结构、能级公式,会进行简单的原子跃迁方面的计算。 纵观近几年的高考试题对这部分知识的考查主要集中在α粒子散射实验、玻尔原子结构及原子跃迁,题型多为选择题、填空题,由于考查范围和题型相对稳定,“考课本,不回避陈题”成了这部分高考题的最大特点。 估计上述知识点仍然是今后本部分高考试题的重点。 【当堂训练】 1.卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验,获得了重要发现: (1)关于α粒子散射实验的结果,下列说法正确的是() A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的 C.证明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.说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 (2)在α粒子散射实验中,现有一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔,若金原子的核电荷数为79,求该α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为 ,α粒子质量为6.64×10-27kg) 2.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.原子的能级值增大 3.氢原子处于基态时,原子能级E1=-13.6eV,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,现用光子能量介于11eV~12.5eV范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子. (1)照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有几种? 激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有几种? 能放出的光子的最大能量是多少? (2)要使处于n=3的激发态的氢原子电离,入射光子的最小频率是多少? 【参考答案】 1. (1)C (2)当α粒子靠近原子核运动时,α粒子的动能转化为电势能,达到最近距离时,动能全部转化为电势能,设α粒子与原子核发生时心碰撞时所能达到的最小距离为d。 则 2.B 3. (1)由 可算出E2=-3.4eV,E3=-1.51eV,E4=-0.85eV,分别计算出处于基态的氢原子跃迁到第二、第三、第四激发态过程中吸收的能量,分别是10.2eV,12.09eV,12.75eV.因此,用光子能量介于11eV~12.5eV范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子时,照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种,当处于第三激发态氢原子向低能级跃迁时,对应有3种频率的光子;从n=3跃迁到n=1能级时,辐射的光子能量最大,△E=E3-El=12.09eV. (2)要使氢原子电离,即将电子移到离核无穷远处,此时 =0。 【布置作业】 1.关于玻尔的原子模型,下列说法中正确的有() A.它彻底地否定了卢瑟福的核式结构学说 B.它发展了卢瑟福的核式结构学说 C.它完全抛弃了经典的电磁理论 D.它引入了普朗克的量子理论 2.根据玻尔理论解释的氢原子模型,量子数n越大,则() A.电子运动轨道半径越大B.核外电子绕行速率越大 C.氢原子定态能量越大D.原子的电势能越大 3.据玻尔氢原子模型,氢原子核外一个电子在第一轨道、第二轨道分别运行时,它运动的() A.轨道半径之比为1: 4B.运行速率之比为4: 1 C.运行周期之比为1: 8D.动能之比为4: 1 4.氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时,可能发生的情况是() A.放出光子,电子动能减小,原子势能增大 B.放出光子,电子动能增大,原子势能减小 C.吸收光子,电子动能减小,原子势能增大 D.吸收光子,电子动能增大,原子势能减小 5.氢原子核外电子从外层轨道(半径为rb)向内层轨道(半径为ra)跃迁时(rb>ra),电子动能的增量△Ek=Eka一Kkb,电势能增量△Ep=Epa一Epb,则下列表述正确的是() A.△Ek>0、△Ep<0、△Ek+△Ep=0 B.△Ek<0、△Ep>0、△Ek+△Ep=0 C.△Ek>0、△Ep<0、△Ek+△Ep>0 D.△Ek>0、△Ep<0、△Ek+△Ep<0 6.氢原子处于量子数n=3的状态时,要使它的核外电子成为自由电子,吸收的光子能量应是() A。 13.6eVB.3.5eVC.1.5leVD.0.54eV 7.设氢原子从基态向n=2能级跃迁时,吸收的光子波长为λ1,从n=2激发态向n=3能级跃迁时,吸收的光子波长为λ2,则氢原子从n=3激发态向低能级跃迁时,所辐射光子的波长可能为() A.λ1B.λ2C.λ1+λ2D. 8.一群氢原子处于同一较高的激发态,它们在向较低激发态或基态跃迁的过程中() A.可能吸收一系列频率不同的光子,形成光谱中的若干条暗线 B.可能发出一系列频率不同的光子,形成光谱中的若干条明线 C.只能吸收频率一定的光子,形成光谱中的一条暗线 D.只能发出频率一定的光子,形成光谱中的一条明线 9.一个具有E10=20。 40eV动能,处于基态的氢原子与一个静止的,同样处于基态的氢原子发生对心碰撞(正碰),已知氢原子的能级图如图所示,则关于处于基态的氢原子向激发态跃迁的说法中正确的是() A.可能跃迁到n=2的第一激发态 B.可能跃迁到n=3的第二激发态 C.可能跃迁到n=4的第三激发态 D.不可能发生跃迁 10.氢原子光谱中,有一条谱线在真空中的波长为656.3nm,这条谱线的频率为__________Hz,对应于这条谱线的光子能量为__________,合__________eV,这条谱线是氢原子从n=__________的能级跃迁到n=__________的能级时发射出来的. 【课后反思】 课后自我检测(学案) 1.氢原子的部分能级如图所示。 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能级跃迁时了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 2.若规定氢原子处于基态时的能量为E1=0,则其它各激发态的能量依次为E2=10.2eV、E3=12.09eV、E4=12.75eV、E5=13.06eV、……。 在气体放电管中,处于基态的氢原子受到能量为12.8eV的高速电子轰击而跃迁到激发态,在这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中() A.总共能辐射出六种不同频率的光子 B.总共能辐射出十种不同频率的光子 C.辐射出波长最长的光子是从n=4跃迁到n=3能级时放出的 D.辐射出波长最长的光子是从n=5跃迁到n=4能级时放出的 3.氦氖激光器能产生三种波长的激光,其中两种波长分别为 =0.6328µm, =3.39µm,已知波长为 的激光是氖原子在能级间隔为 =1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。 用 表示产生波长为 的激光所对应的跃迁的能级间隔,则 的近似值为 A.10.50eVB.0.98eVC.0.53eVD.0.36eV 4.如图所示,氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55eV的光子.问 (1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量,才能使它辐射上述能量的光子? (2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图. 答案1.AD2.AC3.D4. (1)氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2能级,辐射光子的频率应满足 , ,所以n=4,基态氢原子要跃迁到n=4能级应提供 , (2)辐射跃迁图如图所示。 课后自由发展(学案) 1.欲使处于基态的氢原子电离,下列措施可行的是() A.用能量为11.0eV的电子碰撞 B.用能量为10.2eV的光子照射 C.用能量为14.0eV的光子照射 D.用能量为14.0eV的电子碰撞 2.图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,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是() A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=l能级产生的 B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=l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=l能级辐射出的光照射逸出功为6.34ev的金属铂能发生光电效应 3.可见光的光子能量范围约为1.62eV~3.11eV。 下列说法正确的是 A.大量处在n>3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时,发出的光有一部分是可见光 B.大量处在n=3的氢原子向n=2能级跃迁时,发出的光是紫外线 C.大量处在n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,发出的光都应具有显著的热效应 D.处在n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离 4.μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(hydrogenmuonatom),它在原子核物理的研究中有重要作用.图为μ氢原子的能级示意图.假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子,μ氢原子吸收光子后,发出频率为v1、v2、v3、v4、v5和v6的光,且频率依次增大,则E等于() A.h(ν3一ν1)B.h(ν5+ν6) C.hν3D.hν4 5.紫外线照射一些物质时,会发生荧光效应,即物质发出了可见光.这些物质在吸收紫外线和发出可见光的过程中,物质中的原子要先后发生两次跃迁,其能量变化分别为△E1和△E2,下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是() A.两次均向高能级跃迁,且|△E1|>|△E2| B.两次均向低能级跃迁,且|△E1|<|△E2| C.先向高能级跃迁,再向低能级跃迁,且|△E1|<|△E2| D.先向高能级跃迁,再向低能级跃迁,且|△E1|>|△E2| 6.根据氢原子能级图,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 A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 射线 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.在水中传播时,a光较b光的速度小 D.氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 人教版高中物理选修35第十八章 原子结构自主学习学案 人教版 高中物理 选修 35 第十八 原子结构 自主 学习
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)