高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 原子的核式结构模型导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 原子的核式结构模型导学案，共6页。学案主要包含了学习目标，当堂练习等内容，欢迎下载使用。

1．知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。
2．了解α粒子散射实验原理和实验现象。了解卢瑟福的原子核式结构模型。知道原子和原子核大小的数量级。
3．认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。
情境问题：科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。这种射线的本质是什么呢?
一、电子的发现
1.汤姆孙实验装置
①K产生阴极射线 ②A、B形成一束细细射线
③D1、D2之间加电场或磁场检测射线的带电性质
④荧光屏显示阴极射线到达的位置，可以研究射线的径迹。
问题1：阴极射线的本质，通过什么原理来测定呢？如图所示，回忆带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的偏转情况。
2.汤姆孙发现电子
汤姆孙发现，如果不加电场和磁场阴极射线就会直接打到p1。如果只加电场，阴极射线就会发生偏转，落在p2。 这是往正极方向偏，说明阴极射线带负电。 即阴极射线的本质是带负电的粒子流。
3.密立根“油滴实验”测电子电量
密立根发现：电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整倍。
二、原子的核式结构模型
1.汤姆孙西瓜模型
模型内容：
西瓜模型的作用：能解释元素周期律，能解释阴极射线的现象，能估算出原子的大小。
2. a粒子散射实验
实验结果：
思考：粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？西瓜模型能否解释大角度偏转呢？
3.卢瑟福——核式结构模型
卢瑟福提出的原子核式结构模型，内容：
三、原子核的电荷与尺度
1.电子数与原子序数
原子核所带正电荷数=核外电子数=该元素在周期表内的原子序数
2.原子核的尺度
实验确定的核半径的数量级为10-l5m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分"空旷"的。
【当堂练习】
1．电子的发现说明（ ）
A．原子是由原子核和电子组成的 B．物质是带电的且一定带负电
C．原子可进行再分 D．原子核可再分
2．关于阴极射线，下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象 B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流
C．阴极射线是某一频率的电磁波 D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转
3．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB，发现射线径迹向下偏，则（ ）
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
4．提出原子核式结构模型的科学家是（ ）
A．汤姆孙 B．法拉第 C．卢瑟福 D．奥斯特
5．在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（ ）
A．全部α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进
B．绝大多数α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α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α粒子都发生很大偏转
6．卢瑟福α粒子散射实验的结果（ ）
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．说明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上
D．说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动
7．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（ ）
A．α粒子不跟电子发生相互作用 B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略
C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰 D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零
8．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，叫做原子核 B．原子的正负电荷都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核旋转
9．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（ ）
A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B．正电荷在原子中是均匀分布的
C．原子中存在着带负电的电子 D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
10. 在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的（ ）
万有引力 B. 库仓力 C.磁场力 D. 核力
4.4 氢原子光谱和波尔的原子模型
学习目标
1. 掌握光谱概念及分类；2. 掌握氢原子光谱的实验规律；3. 掌握玻尔原子理论的基本假设，了解经典理论的困难。
一、光谱
1.定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按 (频率)展开，获得波长(频率)和 分布的记录．
2.分类 (1)线状谱：光谱是一条条的 ． (2)连续谱：光谱是 的光带．
3.特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是 ，说明原子只发出几种 的光，不同原子的亮线位置 ，说明不同原子的 不一样，光谱中的亮线称为原子的 ．
4.应用：利用原子的 ，可以鉴别物质和确定物质的 ，这种方法称为 ，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－13 kg时就可以被检测到．
二、氢原子光谱的实验规律
1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索 的一条重要途径．
2.氢原子光谱的实验规律满足巴耳末公式：eq \f(1,λ)＝R∞(eq \f(1,22)－eq \f(1,n2))(n＝3,4,5，…) 式中R为 ，R∞＝1.10×107 m－1，n取整数．
3.巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的 光谱的特征．
三、经典理论的困难
1.核式结构模型的成就：正确地指出了 的存在，很好地解释了 ．
2.经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的 ，又无法解释原子光谱的 线状谱．
四、玻尔原子理论的基本假设
1.轨道量子化：(1)原子中的电子在 的作用下，绕原子核做 ．
(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是 的(填“连续变化”或“量子化”)．
(3)电子在这些轨道上绕核的运动是 的，不产生 ．
2.定态：(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．电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值．这些量子化的能量值叫作 ．
(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为 ．能量 的状态称为基态，其他的状态叫作激发态．
3.频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m＜n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量
hν＝ ，该式称为频率条件，又称辐射条件．
五、玻尔理论对氢光谱的解释
1.氢原子能级图(如图所示)
2.解释巴耳末公式：
巴耳末公式中的正整数n和2代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的 的量子数n和2
3.解释气体导电发光：通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到 ，处于激发态的原子是 的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出 ，最终回到基态．
4.解释氢原子光谱的不连续性
原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后 ，由于原子的能级是 的，所以放出的光子的能量也是 的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．
5.解释不同原子具有不同的特征谱线
不同的原子具有不同的结构， 各不相同，因此辐射(或吸收)的 也不相同．
六、玻尔理论的局限性
1.成功之处
玻尔的原子理论第一次将 引入原子领域，提出了 的概念，成功解释了 光谱的实验规律．
2.局限性：保留了 的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的 运动．
3.电子云
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置出现 的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称 ．
当堂练习：
1.(多选)下列关于光谱的说法正确的是( )
A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱
B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分
C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光
D.通过对线状谱的明线光谱分析可鉴定物质成分
2.(多选)已知可见光波长范围为400-760nm，下列关于巴耳末公式eq \f(1,λ)＝R∞(eq \f(1,22)－eq \f(1,n2))的理解，正确的是( )
A.巴耳末系的4条谱线位于可见光区域
B.公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C.公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D.在巴耳末系中n值越大，对应的波长λ越短
3.按照玻尔理论，下列表述正确的是( )
A.核外电子运动轨道半径可取任意值 B.氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越小
C.电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)
D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，可能辐射能量，也可能吸收能量
4.氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是( )
A.电子绕核旋转的轨道半径增大 B.电子的动能会增大
C.氢原子的电势能减小 D.氢原子的能级减小
5.(多选)如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范围内，由图可知( )
A.基态氢原子吸收能量为10.3 eV的光子能从n＝1能级跃迁到n＝2能级
B.用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子，能够使其电离
C.一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子
D.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射的光子是可见光
6.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2.55 eV的光子。
(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？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
(2)若用辐射跃迁图中频率最大的光子照射逸出功为2.75 eV的光电管，求加在该光电管上的反向遏止电压。