专题05 原子模型-【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)

专题05 原子模型 1． 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＝1.602×10－19 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：me＝9.109 383 56×10－31 kg，质子质量与电子质量的比＝1 836。 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。 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＝0.53×10－10 m。其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…，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＝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＝－13.6 eV。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－13.6 eV。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＝C＝。 3．光子的发射 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。 h