《敲开原子的大门.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《敲开原子的大门.ppt（40页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、敲开原子的大门,汤姆生 约瑟夫约翰汤姆生(JosephJohnThomson)1856年12月18日生于英国曼彻斯特郊区，父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生14岁进曼彻斯特欧文学院学习工程。1876年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指导下进行电磁场理论的实验研究工作。1884年，年仅28岁便当选为皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授。当时，关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电的“分子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说，认为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了阴极射线是
2、电磁波。,他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子叫做“电子”。1897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。1906年，汤姆生由于在气体导电方面的理论和实验研究而荣获诺贝
3、尔物理学奖。1940年8月30日汤姆生在剑桥逝世。,阴极射线,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。,实验装置:电源,感应圈,阴极射线管,磁铁现象:1.阴极射线使荧光屏发光（特点）2.当加入磁场后射线偏转发光原理:在强电场中,气体被电离而导电,通过磁场测定粒子带电的性质-负电怎么测定粒子的质量呢?,测定粒子的荷质比q/m,测定粒子的荷质比q/m,让带电粒子垂直射入匀强磁场，如果仅受磁场力作用，将做匀速圆周运动，向心力由洛仑兹力提供,现代测量荷质比的方法,1、质谱仪2、书本提供的讨论与交流部分,汤姆生对不同的放电气体研究，发现这些气体
4、都能放出相同荷质比的粒子，说明这种粒子存在于各种物体中，是构成物体的共同成分。密立根通过油滴实验第一次较为精确地测出给粒子的电量 e=1.6022*10-19C由此可以精确求出该粒子质量 m=9.1094*10-31kg,电子的发现,密立根油滴实验的原理图,1、关于阴极射线的本质，说法对的是（）,A、阴极射线的本质是氢原子B、阴极射线的本质是电磁波C、阴极射线的本质是电子D、阴极射线的本质是X射线,C,原子的结构模型,汤姆生的原子模型,在汤姆生的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象布丁中的葡萄干那样镶嵌在内。,粒子散射实验,卢瑟福,著名的 粒子散射实验,卢瑟福粒子散
5、射实验,卢瑟福从1909年起做了著名的粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性。粒子是什么粒子？氦核（两个单位正电、质量是氢原子质量的4倍）如果汤姆孙的枣糕模型是正确的，你预计实验的结果会是什么样子？,卢瑟福粒子散射实验,实验结果：绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。少数 粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，甚至超过了90o,也就说几乎被“撞了回来”。实验结果说明了什么？,卢瑟福原子模型,原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。正电的体积很小，被称为原子核。这个模型被称为核式结构模型。,电子对 粒子的作用忽略不计因为原子核很小，
6、大部分 粒子穿过原子时离原子核很远，受到较小的库仑斥力，运动几乎不改变方向极少数 粒子穿过原子时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射,原子的核式结构的提出,在原子的中心有一个很小的核，叫做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里带负电的电子在核外空间绕着核旋转,根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：,体育场,原子,卢瑟福核式结构,原子核的电荷和大小,根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1）原子的半径约为10-10米、原子核半径约是10-14米，原子核的体积只占原子
7、的体积的万亿分之一。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。（3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。,1、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子的运动情况是A、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进B、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C、少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D、全部粒子都发生很大偏转,答案：B,2、当粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的,答案：BC,氢原子光谱,根据普朗克量子理论，光的能量E=h而科学家们通过实验发现，某种原子的气体通
8、电后可以产生固定不变的一系列光例如：氢原子能发出四条可见光,卢瑟福模型的局限,原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾,核外电子绕核运动,卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。,回顾,19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象，得到了多数科学家的肯定，但是与经典的电磁理论发生了矛盾,经典电磁理论,经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动,绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子不断地向外辐射能量，能量 逐渐减小，电子绕核旋转的频 率也逐渐改变，原子的发射光 谱应是连续谱。由于原子总能 量减小，电
9、子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。,经典电磁理论与现代物理学的矛盾,事实上：氢原子发射的光谱是不连续的光谱，而核外的电子总是不停地绕核运动。表明：从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟原子微粒产生的微观现象出现了矛盾。,玻尔理论的基本假设,现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的.设想：原子内部的能量也是不连续的。1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态,1.氢原子的玻尔理论（3个假设）：,1）定态假
10、设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中的原子是稳定的，电子虽然在旋转，但它不会向外辐射能量,定态之一：近核运动 此时原子能量为Em,定态之二：远核运动此时原子能量为En,2）跃迁假设：原子从一种能量是Em的定态跃迁到的能量是En另一种定态时，它要吸收或放出一定频率的光子，光子能量由两定态的能量差决定，即 h=IEm-EnI,电子从一个轨道变到另一个轨道，不是以螺旋线的形式变化的，而是突变-以跳跃的方式变化的，因此玻尔把这现象叫“跃迁”,想一想，何时会吸收光子？何时会放出光子？,3）量子化假设：电子的运行轨道不是连续的，而是分立的，电子的可能轨道可用公式表示：rn=n2r1 式
11、中r1=0.53*10-10m叫电子第一轨道。,电子轨道只能是特殊值的情况叫做轨道量子化,玻尔的原子模型,电子轨道量子化电子绕核做圆周运动仍然服从经典力学规律。但轨道不是任意的。,原子能量量子化电子在不同的轨道，原子具有的能量不同。,氢原子能级图,电子轨道数,原子能量值,用线的高低来反映原子能量的大小,玻尔的原子模型,频率条件电子吸收光子时会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道，放出光子,吸收光子(单击),放出光子(单击),氢原子能级图,电子轨道数,原子能量值,原子能量从-1.51eV下降到-3.4eV(单击),原子能量从-3.4eV下降到-13.6eV
12、(单击),1、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 A、原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量 B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子 D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率,答案：ABC,2、氢原子的核外电子，在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中A、辐射光子，获得能量B、吸收光子，获得能量C、吸收光子，放出能量D、辐射光子，放出能量,答案：D,3、在玻尔的原子模型中，比较氢原子所处的量子数n=1及n=2的两个
13、状态，若用E表示氢原子的能量，r表示氢原子核外电子的轨道半径，则A、E2E1、r2r1；B、E2E1，r2r1；D、E2E1，r2r1。,答案：A,4、根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后A、原子的能量增加，电子的动能减少B、原子的能量增加，电子的动能增加C、原子的能量减少，电子的动能减少D、原子的能量减少，电子的动能增加,答案：D,5、按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，则A、电子的动能变大，电势能变大，总能量变大B、电子的动能变小，电势能变小，总能量变小C、电子的动能变小，电势能变大，总能量不变D、电子的动能变小，电势能变大，总能量变大,答案：D,6、氢原子在下列各能级间跃迁（如图所示）（1）从n=2到n=1（2）从n=5到n=3（3）从n=4到n=2在跃迁过程中辐射的电磁波的波长分别用1、2、3表式，波长1、2、3大小的顺序是：A、1 2 3；B、13 2；C、3 2 1；D、3 1 2。,答案：B,
