1、電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因?yàn)檫@一事件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學(xué)的大門 ,人們開始研究原子的結(jié)構(gòu) . J.J.湯姆生被科學(xué)界譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”,第二節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型,湯姆生的原子模型,十九世紀(jì)末，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并知道電子是原子的組成部分由于電子是帶負(fù)電的，而原子又是中性的，因此推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)那么這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？,湯姆生的原子模型葡萄干布丁,在湯姆生的原子模型中，原子是一個(gè)球體；正電核均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子都象布丁中的葡萄干那樣鑲嵌在內(nèi)。,一、粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福,著名的 粒子散射實(shí)

2、驗(yàn),著名的 粒子散射實(shí)驗(yàn),粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù) 粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù) 粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90，有的甚至幾乎達(dá)到180。,葡萄干布丁模型能否解釋？,根據(jù)湯姆生模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì) 粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布， 粒子所受庫侖力也很小，故 粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大,原子的核式結(jié)構(gòu)的提出,在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核 原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn),原子核式結(jié)構(gòu)的解釋,根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分“空曠”的，舉一個(gè)簡單的例子：,3、原子核

3、的電荷和大小,根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。 （1）原子的半徑約為10-10米、原子核半徑約是10-15米，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。 （2）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。 （3）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對(duì)它的庫侖力。,【反饋練習(xí)】,1、在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的粒子的運(yùn)動(dòng)情況是 A、全部粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn) B、絕大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回 C、少數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕

4、大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回 D、全部粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn),B,2、盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 A、證明了質(zhì)子的存在 B、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上 D、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng),C,3、當(dāng)粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不可能存在的,BC,第二節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型,習(xí)題2：示波管中電子槍的原理圖如圖。管內(nèi)為空，A為發(fā)射熱電子的陰極，K為接在高電勢點(diǎn)的加速陽極，A、K間電壓為U。電子離開陰極是速度可以忽略，電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出時(shí)的速度大小為v，下面說法正確的是：( ) A、如果A、K間距離減半

5、，電壓U、不變，則離開時(shí)速率變?yōu)?v B、如果A、K間距離減半，電壓U、不變，則離開時(shí)速率變?yōu)関/2 C、如果A、K間距離不變，電壓U減半，則離開時(shí)速率變?yōu)?v D、如果A、K間距離不變，電壓U減半，則離開時(shí)速率變?yōu)?.707v,A,K,U,習(xí)題1：如圖，在兩平行板間有平行的均勻電場E，勻強(qiáng)磁場B。MN是熒光屏，中心為O，OO=L，在熒光屏上建立一個(gè)坐標(biāo)系，原點(diǎn)是O，y軸向上，x軸垂直紙面向外，一束速度、荷質(zhì)比相同的粒子沿OO方向從O射入，打在 屏上P（- ）點(diǎn)，求： （1）粒子帶何種電荷？ （2）B的方向？ （3）粒子的荷質(zhì)比？,O,O,M N,思考與研討,1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮核，

6、得到了質(zhì)子，進(jìn)而猜想原子核內(nèi)存在不帶電的中子，這一猜想被他的學(xué)生查德威克用實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并得到公認(rèn),質(zhì)子,中子,核子,質(zhì)子數(shù),電荷數(shù),第三節(jié)氫原子光譜,早在17世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫做光譜,一、光譜,光譜是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時(shí)只是波長成分的記錄。,發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜和明線光譜。,1.發(fā)射光譜 物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。,平行光管,標(biāo)度管,三棱鏡,觀察管,分光鏡,分光鏡原理分析,標(biāo)度管,（1）連續(xù)光譜 例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。,熾熱的

7、固體、液體及高壓氣體的光譜，是由連續(xù)分布的一切波長的光組成的，這種光譜叫做連續(xù)光譜。,2）明線光譜（原子光譜） 只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對(duì)應(yīng)不同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，也叫原子光譜。,高壓電源,光譜管,各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。,吸 收 光 譜,鈉蒸氣,光譜中產(chǎn)生的一組暗線，每條 暗線的波長都跟那種氣體原子 的特征譜線相對(duì)應(yīng)。,（3）吸收光譜,高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質(zhì)時(shí)，某些波長的光被物質(zhì)吸收后

8、產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線與明線相對(duì)應(yīng)，也是原子的特征譜線。太陽的光譜是吸收光譜。,各種光譜 連續(xù)光譜 H的發(fā)射光譜 鈉的發(fā)射光譜 鈉的吸收光譜 太陽的吸收光譜,光 譜,發(fā)射光譜,定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜,連續(xù)光譜,產(chǎn)生條件：熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā) 光形成的,光譜的形式：連續(xù)分布，一切波長的光都有,線狀光譜,（原子光譜）,產(chǎn)生條件：稀薄氣體發(fā)光形成的光譜,光譜形式：一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）,吸收光譜,定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜,產(chǎn)生條件：熾

9、熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的,光譜形式：用分光鏡觀察時(shí)，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線（與特征譜線相對(duì)應(yīng)）,各種光譜的特點(diǎn)及成因：,（4）光譜分析,由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜分析。 原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。,研究太陽高層大氣層所含元素,氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。,二、氫原子光譜,三、盧瑟福模型的困難,原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾,核外電子繞核運(yùn)動(dòng),盧瑟福原子核式模型無法解釋氫原子光譜的規(guī)律。,氫 氣 的 吸 收 光 譜,氫氣,18.4

10、玻爾的原子模型,教學(xué)目標(biāo),1、知識(shí)與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容； （2）了解能級(jí)、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。 2、過程與方法：通過玻爾理論的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解氫光譜的產(chǎn)生。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)我們對(duì)科學(xué)的探究精神，養(yǎng)成獨(dú)立自主、勇于創(chuàng)新的精神。 教學(xué)重點(diǎn)：玻爾原子理論的基本假設(shè)。 教學(xué)難點(diǎn)：玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。 教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。,一、玻爾原子理論的基本假設(shè)：,1、能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的）,2、躍

11、遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E初）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為E終）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即 （本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出）,E初 E終,h v,3、軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。（針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充）,二、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出氫原子的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量（包括動(dòng)能和勢能）公式：,rn=n r1,2,軌道半徑：,（n=1,2,3),能 量：,En,n,2,1,E1,（n=1,2,3

12、),式中r1、E1、分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，rn、En 分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。(能量級(jí)模擬演示）,三、氫原子的能級(jí)圖（演示）,-13.6,-3.4,-1.51,-0.85,-0.54,0 eV,n,E/eV,氫原子的能級(jí)圖,賴曼系,巴耳末系,帕邢系,1、能級(jí)：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)。 2、基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫基態(tài)。 3、激發(fā)態(tài)：除基態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí)， 叫做激發(fā)態(tài)。 4、原子發(fā)光現(xiàn)象：原子從較高的激發(fā)

13、態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程，是輻射能量的過程，這個(gè)能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。,四、能級(jí)：,夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義：,1911年，盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。1913年，玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念：原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念。電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)伴隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對(duì)光譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在1914年，德國科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子

14、與稀薄氣體中原子碰撞的方法(與光譜研究相獨(dú)立)，簡單而巧妙地直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)。,1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1926年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。所以，在近代物理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。,(JAMES FRANCK),(GUSTAV HERTZ),夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ),根據(jù)玻爾的原子理論，原子只能處于一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)之中，其中每一種狀態(tài)相應(yīng)于一定的能量值Ei(i=1,2,3)，這些能量值稱為能級(jí)。最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)

15、稱為激發(fā)態(tài)。 當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)就會(huì)吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定于原子所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。,(h為普朗克常數(shù)),本實(shí)驗(yàn)中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能量而實(shí)現(xiàn)，并滿足能量選擇定則：,(為激發(fā)電位),夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測量的氣體，本實(shí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級(jí)K發(fā)出，K與柵極G之間有加速電場，G與接收極A之間有減速電場。當(dāng)電子在KG空間經(jīng)過加速、碰撞后，進(jìn)入KG空間時(shí)，能量足以沖過減速電場，就成為電流計(jì)的電流。,實(shí)驗(yàn)原理：,改進(jìn)的夫蘭克-赫茲管的基本結(jié)構(gòu)見右圖。電子由陰極K發(fā)出，陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓VG1K及與第二柵極G2之間

16、的加速電壓VG2K使電子加速。在板極A和第二柵極G2之間可設(shè)置減速電壓VG2A。,設(shè)汞原子的基態(tài)能量為E0，第一激發(fā)態(tài)的能量為E1，初速為零的電子在電位差為V的加速電場作用下，獲得能量為eV，具有這種能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞，當(dāng)電子能量eVE1-E0時(shí)，電子能量幾乎不損失。如果eVE1-E0=E，則汞原子從電子中取得能量E，而由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，E=eVC。相應(yīng)的電位差VC即為汞原子的第一激發(fā)電位。 在實(shí)驗(yàn)中，逐漸增加VG2K，由電流計(jì)讀出板極電流IA，得到如下圖所示的變化曲線.,4. 玻爾理論的局限性,5.電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率電子云(演示1.演示2),練習(xí)：,1、對(duì)玻爾理論的

17、下列說法中，正確的是（ ） A、繼承了盧瑟福的原子模型，但對(duì)原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè) B、對(duì)經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運(yùn)動(dòng)的電荷要輻射電磁波”的觀點(diǎn)表示贊同 C、用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系 D、玻爾的兩個(gè)公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來的,ACD,2、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（ ） A、原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量 B、原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會(huì)向外輻射能量 C、原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射一定頻率的光子 D、原子的每一個(gè)能量

18、狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的,C,3、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說法中正確的是（ ） A、電子軌道半徑越大 B、核外電子的速率越大 C、氫原子能級(jí)的能量越大 D、核外電子的電勢能越大,4、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑（ ） A、可以取任意值 B、可以在某一范圍內(nèi)取任意值 C、可以取一系列不連續(xù)的任意值 D、是一系列不連續(xù)的特定值,D,ACD,5、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知rarb，則在此過程中（ ） A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子 B、原子要吸收一系列頻率的光子 C、原子要發(fā)出某一頻率的光子 D、原子要吸收某一頻率的光子,C,18.5激光,教學(xué)目標(biāo),1、知識(shí)與技能 （1）了解激光產(chǎn)生的機(jī)理；（2）通過閱讀，收集整理相關(guān)資料，認(rèn)識(shí)激光器的構(gòu)成和常見激光器。 2、過程與方法 （1）通過課外閱讀，收集整理有關(guān)激光應(yīng)用的資料，培養(yǎng)加工處理信息的能力； （2）通過對(duì)激光的特點(diǎn)及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過對(duì)激光應(yīng)用的學(xué)習(xí)，使學(xué)生感受到科學(xué)知識(shí)的無究力量，培養(yǎng)熱愛科學(xué)的品質(zhì)。 教學(xué)重點(diǎn)：激光產(chǎn)生的機(jī)理。 教學(xué)難點(diǎn)：激光產(chǎn)生的機(jī)理。 教學(xué)方法：