5.1 原子的结构（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第一节　原子的结构 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道α粒子散射实验及卢瑟福提出的原子核式结构模型． 2．了解氢原子光谱． 3．了解原子的能级结构． 1.物理观念：原子的核式结构模型及原子核、核外电子、光谱、能级、能级跃迁． 2．科学思维：对α粒子散射实验现象进行解释．玻尔理论对氢光谱的解释，应用能级图分析计算能级跃迁问题． 3．科学探究：知道电子的发现过程并对α粒子散射实验的过程和结果进行交流、评估、反思． 4．科学态度与责任：玻尔理论的意义及局限性． [对应学生用书P69] 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“葡萄干布丁模型”或“枣糕模型”． 2．α粒子散射实验 (1)实验装置 (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． 3．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，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动． (2)原子核的电荷与尺度 [思考] 由原子的半径和原子核的半径数值可推知，原子核体积只占原子体积的，其空旷程度可想而知．据此，你能否说明产生α粒子散射现象的原因？可得到怎样的启示？ 提示　由于α粒子的质量远大于电子质量，电子不可能使其发生大角度偏转，产生大角度偏转的原因应该是原子核，由于原子核非常小，入射的α粒子绝大多数距原子核很远．只有极少数α粒子靠近原子核，由于其库仑斥力而使α粒子发生大角度偏转．由α粒子散射现象可知，原子核非常小；能够使α粒子发生大角度偏转，说明原子核聚集了原子的绝大部分质量且带正电． 按照经典物理学的观点，氢原子光谱的频率应是连续变化的，而由实验得到的氢原子光谱是分立的． 1．能级 (1)当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量，这些分立的能量值叫作能级． (2)原子中能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态． 2．跃迁 (1)当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m＞n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En，该式被称为频率条件，又称辐射条件． (2)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，吸收的光子的能量同样由频率条件决定． 3．氢原子的能级图 4．玻尔理论的局限性 (1)玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了能级和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律． (2)玻尔理论的局限性：保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动． (3)电子云：原子中电子的坐标没有确定的值，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少，如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，故称电子云． [对应学生用书P71] 探究点一　α粒子散射实验和原子核式结构模型 如图是α粒子散射实验装置，各部分的作用是什么？ 提示　放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的放大镜进行观察，并可以在水平面内转动，观察不同方向和不同位置通过金箔的散射α粒子数量，整个装置封闭在真空内． 原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释 1．当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小．因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转． 2．只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转． 3．如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少，如图所示，极少数粒子的偏转角度大于90°. [易错提醒] (1)α粒子与原子核之间的万有引力远小于二者之间的库仑斥力，因而可以忽略不计． (2)在处理α粒子等微观粒子时一般不计重力． 如图所示是20世纪初伟大的物理学家卢瑟福在研究物质结构时的实验装置，请根据物理学史的知识完成下题： (1)卢瑟福用这个实验装置发现了________________； (2)图中的放射源发出的是________粒子； (3)图中的金箔是________层分子膜(选填“单”或“多”)； (4)如图位置的四个显微镜中，闪光频率最高的是______显微镜； (5)除上述实验成就外，卢瑟福还发现了________的存在