学案3 量子论视野下的原子模型
[学习目标定位] 1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．
1．爱因斯坦的光子说：光的能量是不连续的，而是一份一份的，一份叫一个光子，一个光子的能量为hν.
2．eV是能量的单位，1 eV＝1.6×10－19 J.
3．玻尔理论
(1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，这些状态叫做定态，处于定态的原子并不对外辐射能量．只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射．
(2)跃迁假设：原子从能量为E m的定态跃迁到能量为E n的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.
(3)轨道假设：电子围绕原子核运动的轨道半径也是不连续的，只能是一些分立的数值，即
r n＝n2r1，E n＝1
n2
E1(n＝1,2,3，…)，其中r1＝0.53×10－10 m，E1＝－13.6 eV.
4．能级、原子光谱
(1)能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因而各定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在各定态的能量值叫做原子的能级．
(2)基态和激发态
①基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态．
②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态．
(3)原子光谱
原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向低能级的激发态或基态跃迁，这一过程是辐射能量的过程，能量以光子的形式辐射出去．
各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可能发射的光的频率也不同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而具有自己的原子光谱．
5．玻尔理论的成就和局限
(1)玻尔理论的成就
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，成功解释了氢原子光谱的实验规律．
(2)玻尔理论的局限性
没有彻底摆脱经典物理学的束缚，对更复杂的原子光谱无法解释．
原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的概率不同．电子在各处出现的概率，就像云雾一样，人们把它叫做电子云.
一、对玻尔理论的理解
[问题设计]
按照经典理论核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动．我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否变为电子—原子核模型呢？
答案不是．在玻尔的理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值．
[要点提炼]
对玻尔原子模型的理解
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是某些分立的数值．
(2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足r n＝n2r1，n为量子数，n ＝1,2,3，….
2．能量量子化
不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．
原子各能级：E n＝1
n2
E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)
3．能级跃迁与光子的发射和吸收：
(1)光子的发射：原子从高能级(E m )向低能级(E n )跃迁时会发射光子，放出光子的能量hν与始末两能级E m 、E n 之间的关系为：hν＝E m －E n .
(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从低能级跃迁到高能级． [延伸思考]
为什么氢原子的定态能量为负值？氢原子由低能级跃迁到高能级的过程中动能如何变化？电势能E p 及轨道能量如何变化？
答案 氢原子的定态能量包括两种能量：电子绕核运动的动能及电子—氢原子核系统的电势能．
在研究电势能时我们通常取无穷远处作零势能，设电子距核的半径为r ，电子质量为m ，由
k e 2r 2＝m v 2r 可知电子的动能E k ＝12k e 2
r ，而电势能的表达式为E p ＝－k e 2
r
，两者之和即为轨道能量E ＝E k ＋E p ＝－12k e
2r ，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r 1＝0.053 nm ，E 1＝－13.6
eV 是其定态能量的最低值．
从氢原子核外电子的动能E k 、电势能E p 及轨道能量E 的表达式可以看出当氢原子从低能级
E n 向高能级E m (n 能E p 增大)，E 增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hν＝E m －E n . 例1 玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( ) A ．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量 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个轨道时，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 解析 A 、B 、C 三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念．原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合．原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关． 答案 ABC 例2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道上跃迁到距核较远的轨道过程中( ) A ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大 B ．原子要放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量也减少 C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减少，原子的能量增大 D ．原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量大 解析 由库仑力提供向心力，即ke 2r 2＝mv 2r ，E k ＝12mv 2＝ke 2 2r ，由此可知电子离核越远r 越大， 则电子的动能越小，故A 、C 错误；因r 增大过程中库仑力做负功，故电势能增加，B 错；再结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D 正确． 答案 D 二、原子的能级跃迁问题 [问题设计] 根据氢原子的能级图，说明： (1)氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？ (2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群处于n ＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多少种频率不同的光子？ 图1 答案 (1)氢原子吸收(或辐射)光子的能量决定于两个能级差hν＝E m －E n (n [要点提炼] 1．电子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收(或放出)能量为hν的光子(h 是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m －E n (m >n )．若m →n ，则辐射光子，若n →m ，则吸收光子． 2．根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n 的氢原子最后跃迁到基态时，可能发出的不同频率的光子数可用N ＝C 2 n ＝n n －12 计算． 例3 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( ) A ．用10.2 eV 的光子照射 B ．用11 eV 的光子照射 C ．用14 eV 的光子照射 D ．用11 eV 的电子碰撞 答案 ACD 解析 由“玻尔理论”的跃迁假设可知，氢原子在各能级间，只能吸收能量值刚好等于两能级之差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV 刚好为氢原子n ＝1和n ＝2的两能级之差，而11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对14 eV 的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使“氢原子”电离，而不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV 的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4 eV 的动能． 用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，故正确选项为A 、C 、 D. 玻 尔 的 原 子 模 型 ?? ????? 玻尔原子理论的基本假设???? ? 定态假设轨道量子化假设 跃迁假设：hν＝E m －E n m >n 玻尔理论对氢光谱的解释???? ? 氢原子能级公式E n ＝E 1 n 2 n ＝1，2，3…氢原子能级图 玻尔理论的成就与局限性 1．光子的发射和吸收过程是( ) A ．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差 B．原子不能从低能级向高能级跃迁 C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级 D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差值 答案CD 2．如图2所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是( ) 图2 A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子 B．n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子 C．n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子 D．n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子 答案 B 3．用能量为12.6 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于这群氢原子的跃迁的说法正确的是( ) A．原子能跃迁到n＝2的激发态上 B．原子能跃迁到n＝3的激发态上 C．原子能跃迁到n＝4的激发态上 D．原子不能跃迁 答案 D 4．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( ) A．用11.5 eV的光子照射 B．用11.5 eV的电子碰撞 C．用15 eV的光子照射 D．用15 eV的电子碰撞 答案BCD 解析氢原子只能吸收等于两能级之差的光子，A项错；对于15 eV的光子其能量大于基态氢原子的电离能，可被基态氢原子吸收而电离，C项正确；对于电子碰撞，只要入射电子的动能大于或等于两个能级差或电离能，都可使氢原子激发，B、D正确. [基础题] 1．有关氢原子光谱的说法正确的是( ) A．氢原子的发射光谱是连续谱 B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C．氢原子光谱说明氢原子的能级是分立的 D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 答案BC 解析氢原子的发射光谱是线状谱，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只能发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子发射出的光子能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝E m－E n，故选项D错误． 2．关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有( ) A．它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说 B．它发展了卢瑟福的核式结构学说 C．它完全抛弃了经典的电磁理论 D．它引入了普朗克的量子理论 答案BD 解析玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误，B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误，D正确． 3．如图1所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B 处于激发态E3，则下列说法正确的是( ) 图1 A ．原子A 可能辐射出3种频率的光子 B ．原子B 可能辐射出3种频率的光子 C ．原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁到能级E 4 D ．原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁到能级 E 4 答案 B 解析 原子A 处于激发态E 2，它只能辐射一种频率的光子；原子B 处于激发态E 3，它可能由 E 3到E 2，由E 2到E 1，或由E 3到E 1，发射三种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时， 只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B 项正确． 4．大量氢原子从n ＝5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是( ) A ．4条 B ．6条 C ．8条 D ．10条 答案 D 解析 N ＝ n n －1 2 ＝ 5×5－1 2 ＝10条． 5．一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且 ν1>ν2>ν3，则( ) A ．被氢原子吸收的光子的能量为hν1 B ．被氢原子吸收的光子的能量为hν2 C ．ν1＝ν2＋ν3 D ．hν1＝hν2＋hν3 答案 ACD 解析 氢原子吸收光子能向外辐射出三种频率的光子，说明氢原子从基态跃迁到了第三激发态，在第三激发态不稳定，又向低能级跃迁，发出光子，其中从第三能级跃迁到第一能级的光子能量最大，为hν1，从第二能级跃迁到第一能级的光子能量比从第三能级跃迁到第二能级的光子能量大，由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了能量为hν1的光子，且关系式hν1＝hν2＋hν3，ν1＝ν2＋ν3成立，故选项A 、C 、D 正确． 6．氢原子的能级如图2所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV ～3.11 eV.下列说法错误的是( ) 图2 A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光 D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光 答案 D 解析大量n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出6种不同频率的光，其中有2种可见光，故D错，C对；n＝3上的氢原子的电离能为1.51 eV，而紫外线的能量大于可见光的能量，即大于n＝3的电离能，所以能使原子发生电离，故A项对；从n＝3以上的能级向n ＝3能级跃迁时，发出的光子的能量都小于1.51 eV，谱线都在红外区，这些谱线都具有显著的热效应，B项对． [能力题] 7．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．图3为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E等于( ) 图3 A．h(ν3－ν1) B．h(ν3＋ν1) C．hν3D．hν4 答案 C 解析μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3. 8．按照玻尔理论，氢原子从能级A跃迁到能级B时，释放频率为ν1的光子；氢原子从能级B跃迁到能级C时，吸收频率为ν2的光子，且ν1>ν2.则氢原子从能级C跃迁到能级A 时，将( ) A．吸收频率为ν2－ν1的光子 B．吸收频率为ν1－ν2的光子 C．吸收频率为ν2＋ν1的光子 D．释放频率为ν1＋ν2的光子 答案 B 解析从A跃迁到B时，E A－E B＝hν1；从B跃迁到C时E C－E B＝hν2.两式相减得E C－E A＝h(ν2－ν1)．由于ν1>ν2，所以从C跃迁到A将吸收频率为ν1－ν2的光子，故B正确．9．若要使处于基态的氢原子电离，可以采用两种方法，一是用能量为13.6 eV的电子撞击氢原子，二是用能量为13.6 eV的光子照射氢原子，则( ) A．两种方法都可能使氢原子电离 B．两种方法都不可能使氢原子电离 C．前者可使氢原子电离 D．后者可使氢原子电离 答案 D 解析电子是有质量的，撞击氢原子时发生弹性碰撞．由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把13.6 eV的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收，故D正确． 10．大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为－13.6 eV)． 答案 2 －1.51 解析由于原子发生跃迁时放出三种不同能量的光子，故跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，即分布在n＝2、n＝3两个能级上，因为放出光子的最大能量为12.09 eV，由E3－E1＝12.09 eV，得E3＝－1.51 eV，故最高能级的能量值是－1.51 eV. 11．有一群氢原子处于n＝4的能级上，已知氢原子的基态能量E1＝－13.6 eV，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，求： (1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？画出能级跃迁图． (2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？ 答案6种能级跃迁图见解析图(2)3.1×1015 Hz 解析这群氢原子的能级图如图所示，由图可以判断，这群氢原子可能发生的跃迁共有6种，所以它们的谱线共有6条． (2)频率最大的光子能量最大，对应的跃迁能级差也最大，即从n＝4跃迁到n＝1发出的光 子能量最大，由hν＝－E1(1 12 － 1 42 )，代入数据解得ν＝3.1×1015 Hz. 万有引力定律及其应用 一、选择题 １.设行星绕恒星运动轨道为圆形，则它运动的周期平方与轨道半径的三次方之比T 2/R 3=K 为常数，此常数的大小 ( ) A ．只与恒星质量有关 B ．与恒星质量和行星质量均有关 C ．只与行星质量有关 D ．与恒星和行星的速度有关 ２利用下列哪组数据，可以计算出地球的质量( ) ①已知地球半径R 和地面重力加速度g ②已知卫星绕地琺做匀速圆周运动的轨道半径和r 周期T ③已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期T 和月球质量m ④已知同步卫星离地面高h 和地球自转周期T A ．①② B ．①②④ C ．①③④ D ．②③④ ３.苹果落向地球，而不是地球向上运动碰到苹果，发生这个现象的原因是( ) A.由于苹果质量小，对地球的引力小，而地球质量大，对苹果引力大造成的 B.由于地球对苹果有引力，而苹果对地球无引力造成的 C.苹果与地球间的引力是大小相等的，由于地球质量极大，不可能产生明显的加速度 D.以上说法都不对 ４.两颗人造地球卫星，质量之比m 1:m 2＝1:2,轨道半径之比R 1:R 2=3:1，下面有关数据之比正确的是( ) A.周期之比T 1:T 2=3:1 B.线速度之比v 1:v 2=3:1 C.向心力之比为F 1:F 2=1:9 D.向心加速度之比a 1:a 2=1:9 ５.已知甲、乙两行星的半径之比为a ，它们各自的第一宇宙速度之比为b ，则下列结论不正确的是( ) A.甲、乙两行星的质量之比为b 2a :1 B.甲、乙两行星表面的重力加速度之比为b 2:a C.甲、乙两行星各自的卫星的最小周期之比为a:b D.甲、乙两行星各自的卫星的最大角速度之比为b :a ６.地球同步卫星距地面高度为h ，地球表面的重力加速度为g ，地球半径为R ,地球自转的角速度为ω，那么下列表达式表示同步卫星绕地球转动的线速度的是( ) A.ω)(h R v += B.)/(h R Rg v += C.)/(h R g R v += D.32ωg R v = 二、非选择题: 7．用卡文迪许扭秤做实验，小球球质量m 1=0.01kg ，大球质量m 2=0.5kg ，两球心间距为0.05m ，两球的万有引力为 N 。 8．宇航员在某星球表面做了两个实验。实验一:在该星球上以同样的高度和初速度平抛同物体，发现其水平射程比地球上远3 倍。实验二:飞船绕该星球表面的运行周期是率绕地球表面运行周期的2 倍。则该星球与地球的质量之比为 ；该蜂王地球的半径之比为 。 9．中子星是由密集的中子组成的星体，具有极大的密度，通过观察已知某中子星的自转速度ω=60πrad/s ，该中子星并没有因为自转而解体，根据这些事实人们可以推知中子星的 课题18.2原子的核式结构模型 学习目标1、知道卢瑟福a粒子散射实验 2、知道原子的核式结构模型 3、理解卢瑟福的原子核式结构学说对a粒子散射实验的解释 学习重难 点 学法指导 预习评价 课堂学习流程设计 【课程导学】 通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么原子中一定还有带的部分，它具有大部分的原子质量。那么原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？ 请你根据这些推测来设计一种原子模型 一、汤姆孙的原子模型 1、带着猜想，阅读第一自然段，完成刚才的问题。 2、汤姆孙的“西瓜模型”： 二、α粒子散射实验 汤姆孙的原子模型提出后，他的学生卢瑟福想用实验的方法来加以论证。由于原子是微小的，无法直接观察它的内部结构，卢瑟福发现研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。在这样的思想方法的指导下1909-1911年卢瑟福和他的助手盖革，学生马斯登等做了用α粒子轰击金箔的实验，也就是著名的α粒子散射实验。 1、自主学习（阅读α粒子散射实验，完成下列问题） 1）什么是α粒子？为何选用α粒子来做实验？ 2）实验装置中用到哪些器材？有何作用？ 放射源：钋放在带小孔的铅盒中，能放射粒子。 金箔：被轰击的对象，厚度 显微镜：能够围绕金箔在水平面内转到不同的方向，对散射的α粒子进行观察。 荧光屏：玻璃片上涂有荧光物质硫化锌，装在显微镜上，可以记录在某一时间内某一方向散射的α粒子数。 3）实验过程 4）观察到的实验现象如何？ （1）绝大多数的α粒子穿过金箔后； （2）少数粒子发生了； （3）极少数粒子（约有1/8000）的偏转角θ超过90°，甚至有个别粒子。 5）实验现象分析： （1）按照汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。 高中物理第3章原子世界探秘 3.3 量子论视野下的原子模型导学案沪科版选修 1、知道玻尔原子理论基本假设的主要内容、 2、了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念、 3、能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型、1、爱因斯坦的光子说：光的能量是不连续的，而是一份一份的，一份叫一个光子，一个光子的能量为 hν、2、eV是能量的单位，1 eV＝ 1、610－19 J、3、玻尔理论(1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，这些状态叫做定态，处于定态的原子并不对外辐射能量、只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射、(2)跃迁假设：原子从能量为Em的定态跃迁到能量为En的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En、(3)轨道假设：电子围绕原子核运动的轨道半径也是不连续的，只能是一些分立的数值，即rn＝n2r1，En＝E1(n＝ 1,2,3，…)，其中r1＝0、5310－10 m，E1＝－ 13、6 eV、4、能级、原子光谱(1)能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因而各定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在各定态的能量值叫做原子的能级、(2)基态和激发态①基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电 子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态、②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态、(3)原子光谱原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向低能级的激发态或基态跃迁，这一过程是辐射能量的过程，能量以光子的形式辐射出去、各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可能发射的光的频率也不同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而具有自己的原子光谱、5、玻尔理论的成就和局限(1)玻尔理论的成就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，成功解释了氢原子光谱的实验规律、(2)玻尔理论的局限性没有彻底摆脱经典物理学的束缚，对更复杂的原子光谱无法解释、原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的概率不同、电子在各处出现的概率，就像云雾一样，人们把它叫做电子云、 一、对玻尔理论的理解[问题设计]按照经典理论核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动、我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星原子核模型呢？答案 不是、在玻尔的理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值、[要点提炼]对玻尔原子模型的理解 4月12日学科高中化学年级高二作者 课题1-1-1 原子结构（1）课时 1 课型新授【学习目标】 1.了解原子核外电子的运动状态 2.了解原子结构的构造原理 3.知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素（1~36号）原子核外电子的排布 【知识链接】 原子模型的发展史： 不同时期的原子结构模型: 古希腊原子论道尔顿原子模型(1803年)汤姆生原子模型(1904年) ___________________ (1911年)玻尔原子模型(1913年)_______ ___________(1926年) 【自主学习】 一、原子的诞生 ________是宇宙中最丰富的元素。地球上的元素大多数是________，非金属(包括稀有气体)仅有________种。 二、能层与能级 1．多电子原子的核外电子的能量是________的，按________________可以将电子分成不同的________，用符号___________________分别表示相应的1～7能层。各能层最多可容纳的电子数分别为________。 2．多电子的原子中，同一能层的电子，能量也可能________，还可以分成________。在第n能层中，能级符号的顺序是________。 能层… 符号… 电子离 核远近 电子能 量高低 能级… 最多容纳电子…… 数 1．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？ 2．不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数(n)间存在什么关系？ 3．不同层中，符号相同的能级中所能容纳的最多电子数是否相同？ 三、构造原理 即电子排布的能级顺序 1.比较同一能层的不同能级间的能量关系 2.比较不同能层的相同能级间的能量关系 3.是不是能层越高，能级的能量一定越高？ 4.观察构造原理图示,原子核外电子排布应遵循的顺序是： 四、电子排布式 1.电子排布式表示方法：用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数。 量子力学与狭义相对论之间的不协调 物理规律中，物质的变换总是根据当前状态的各种参数决定的，没有对历史的记忆，而且由于光速最大原理，能影响一个质点运动的信息只能是这个点邻近无穷小范围内的信息，这两个特点决定了微分方程适用于大多数的物理规律描述.用微分来描述瞬时的变化率，实际上是一个极限的过程，能对瞬时变化给出很好的描述.就目前来看，用微分来描述变化率是最好的方法.物理上的“定域性”原则现在已经受到了越来越多的挑战，基本可以认为真实的物理至少在一定程度和能级条件下是不满足定域性原则的，这是一系列物理实验的论证结果.从物理上来说，能用微分方程描述的另一个潜在依据就是不存在稳定的时间与空间最小单元.如果存在最小单元，在这个单元中的一切不可取分，状态不可分辨，那么最后我们要用的就可能是差分函数与差分方程，而不是微分方程. 大量实验证实，非定域性是量子力学的一个基本属性，但是非定域性将意味着超光速传播，这与狭义相对论的基本假设矛盾.当前，量子引力理论中的超弦理论的时空背景相关性，与圈量子引力理论中的时空背景无关性同时存在，是物理学中潜在的对于时空本质不同态度的一次大碰撞，这种困难预示着物理学需要一次概念的变革，首当其冲的就是时空.时空观念是物理学中最基本的也是最重要的概念，不同的时空观念将导致不同的理论研究方向，任何对于时空概念的更新和深化，势必对整个物理学产生巨大的革命性的影响. 作为量子论和狭义相对论的结合的量子电动力学和量子场论更是如此.一方面，量子电动力学取得了巨大成功，可以给出与实验精确符合的微扰论计算结果，例如关于电子反常磁矩的微扰论计算结果与实验结果可以符合到十几位有效数字；格拉肖-温伯格-萨拉姆(Glashow-Weinberg-Salam)的弱电模型在很大程度上统一了微观尺度上的电磁作用和弱作用，在相当于1000倍质子质量的能量尺度下与几乎所有实验符合；包括量子色动力学在内的标准模型对于强作用的一些性质也能给出令人满意的结果等.另一方面，与实验精确符合的微扰论计算在理论上却并不成立，微扰级数本身一定会发散.标准模型中有20几个自由参数需要实验输入，其中包括一些极重要的无量纲参数，如精细结构常数、μ介子与电子质量之比等.为了减少参数的大统一理论或超对称大统一理论，往往会导致质子衰变.可是，实验上一直没有观测到质子衰变现象，也没有观测到超对称粒子，这是为什么？超对称如何破缺？为什么有夸克禁闭和色禁闭？为什么夸克质量谱中存在极大的质量间隙？为什么会有三代夸克-轻子及其质谱？理论上作用极大的“真空”到底是什么?理论上计算的“真空”能量，与宇宙学常数观测值相应的“真空能”相比，高出几十到一百多个数量级，这又是为什 课题2原子的构成（第一课时） 【核心素养】 从原子结构模型、理论的发展历程中，让学生体验假说、模型、实验等方法在微观世界研究中的作用。 【教学目标】 1?知道原子的结构； 2.知道原子结构的发现史。 【教学重点】原子的构成，依据现象分析本质的思维方法 【教学难点】原子的结构 【教学方法】自学探究，小组合作 【课前准备】 学生完成教师发布的课前预习任务，教师通过预习反馈，了解学生的薄弱点。 【教学过程】 课题2:原子的结构（第一课时） 导学案 一、学习目标： 1知道原子结构的发现 2知道原子的结构 【情境导入】 1945年7月16日人类第一颗原子弹爆炸成功，原子弹的巨大威力是如何产生的 呢？ 二.自主探究：了解原子的结构 问题1：从资料上看原子结构的发现主要经历了哪几个阶段？请用简洁的语言概括每个阶段的核心观点和探究方法。 过渡：那么科学发展到今天，人类又是如何认识原子结构的呢? 【阅读】教材第53页的内容，完成以下问题 1描述原子的构成，充分想象原子的空间结构。 原子的构成 厂| ____ （带一个单位的_____ ） 原子三（带—电）［ _________ （不带电） （____） L_________ （带一个单位的___________ ） 2 .原子中有带电的粒子，那么整个原子为什么不显电性？归纳：原子中 核电荷数= __________ 数= _________ 数 3.小组合作： 根据表3-1,几种原子的构成，你能找出哪些规律？ 思考讨论 通过今天的学习，你认为资料上的几位科学家的原子结构理论有哪些不足? 从中你得到什么启示？ 课堂小结】通过本节课的学习，你收获了什么？ 第一章 量子论基础 §1.1经典物理学的困难 19世纪末20世纪初，经典物理学，主要是经典力学、热力学和 经典统计物理学、经典电动力学，已经发展得相当完善。比方说，速度 远小于光速的物体的机械运动遵从牛顿力学规律;电磁现象满足 麦克斯韦方程组;光的现象满足光的波动理论;特别是当时已认识到热 辐射和光辐射都是电磁波，还提出了热辐射满足的基尔霍夫(Kirchhoff) 定律和斯式藩(Stefan)定律-玻耳兹曼（Boltzmann ），证实黑体辐射场的 能量密度与温度的四次方成正比。对于热现象，除了已经有了非常系 统的热力学理论外，还有玻耳兹曼、吉布斯（Gibbs ）等人提出的统计物理学。经典物理学的大厦已经建立得相当完美了。 但是，在和实验进一步对比的过程中，也出现了一些困难，而 且这些困难，在经典物理的范畴内是无法解释的。这主要表现在: 1. 黑体辐射. 任何物体总在吸收投射在它身上的辐射。物体吸收的辐射能量与投射到物体上的辐射能之比称为该物体的吸收系数。一般地，物体只吸收投射到它表面上的部分能量，吸收系数小于1。如果一个物体，能吸收投射到它表面上的全部辐射，即其吸收系数为1时，则称这个物体为绝对黑休，简称黑体。一个开有一个小孔的空腔可近似视为黑体。因为一旦光线通过小孔射入空腔后，就很难再通过小孔反射出来。 另一方面，由于腔壁具有一定温度，它还会发出热辐射。当空腔和内部的热辐射达到平衡后，实验发现，在频率υυυd +→之间的辐射能量密度只与频率和热力学温度T 有关，在不同度下,ρν随ν的变化曲线如图1.1.1所示。实验曲线存在维恩(Wien)位移:辐射能量密度按波长分布的最大值m λ与T 的乘积为常数: K m T m ??=-2102898.0λ (1.1.1) 而且满足 ?∞ == 4aT d E υρυ (1.1.2) 其中a 是常数。 1983年，维恩利用经典热力学和电动力学给出了辐射能量密度的经验公式是 υυυρυυd e C d T C 231-= （1.1.3） 第4节 玻尔的原子模型__能级 (对应学生用书页码P26) 一、波尔的原子结构理论 (1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道，当电子在这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态。 (2)当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，才发射或吸收一个光子，其光子的能量hν＝E n －E m ，其中E n 、E m 分别是原子的高能级和低能级。 (3)以上两点说明玻尔的原子结构模型主要是指轨道量子化和能量量子化。 [特别提醒] “跃迁”可以理解为电子从一种能量状态到另一种能量状态的瞬间过渡。 二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱 1．玻尔的氢原子能级公式 E n ＝E 1n 2(n ＝1,2,3，…)，其中E 1＝－13.6 eV ，称基态。 2．玻尔的氢原子中电子轨道半径公式 r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1＝0.53×10 －10 m 。 3．玻尔理论对氢光谱解释 按照玻尔理论，从理论上求出里德伯常量R H 的值，且与实验符合得很好。同样，玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系。 三、玻尔原子结构理论的意义 1．玻尔理论的成功之处 第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，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 不能说明谱线的强度和偏振情况；不能解释有两个以上电子的原子的复杂光谱。 1．判断： (1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。( ) (2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。( ) (3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。( ) (4)玻尔理论只能解释氢光谱的巴尔末系。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× 2．思考：卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？ 提示：(1)相同点： 高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作） 鲁科版物理必修二 第六章 相对论与量子论初步 单元测试 一、选择题（本题有7个小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有 多个选项正确） 1.(2008年江苏高考)惯性系S 中有一边长为l 的正方形（如图A 所示），从相对S 系沿x 方向以接 近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是 ( ) 2.(江苏省盐城中学2009届高三物理复习选修3-4模块测试)1905年爱因斯坦提出了狭义相对 论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（ ） A 、同时的绝对性与同时的相对性 B 、运动的时钟变慢与运动的尺子缩短 C 、时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性 D 、相对性原理与光速不变原理 3.(渭南市2009年高三教学质量检测Ⅱ)为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方 程，E=mc 2科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程 放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为m 1， 捕获中子后的原子质量为m 2，被捕获的中子质量为m 3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一 实验需验证的关系式是 ( ) A. ΔE=(m 1－m 2－m 3)c 2 B. ΔE=(m 1+m 3－m 2)c 2 C. ΔE=( m 2－m 1－m 3)c 2 D. ΔE=( m 2－m 1+m 3)c 2 4、(天津市2009届高三六校联考)如图所示，按照狭义相对论的观点， 火箭B 是“追赶”光的；火箭A 是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面 A B C D 光 3.3 量子论视野下的原子模型 [先填空] 1.玻尔理论的建立背景 (1)经典理论的困难 电子绕原子核高速运转，必然向外辐射电磁波，辐射能量后的电子将因原子核的引力作用而沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此. (2)玻尔的工作 玻尔在卢瑟福模型的基础上，把普朗克的量子论引入了原子系统，建立了玻尔理论. 2.玻尔理论的内容 (1)玻尔理论的主要假设 ①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，这些状态叫做定态.处于定态的原子并不对外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射. ②原子从能量为E m的定态跃迁到能量为E n的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n. (2)玻尔理论的结果 ①氢原子的电子轨迹半径为 r n＝n2r1(n＝1,2,3，…) ②氢原子的能量为 E n＝1 n2 E1(n＝1,2,3，…) r1、E1为电子的第一条轨迹半径以及对应的能量，且r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6_eV. [再判断] 1.玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型.(×) 2.玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量.(√) 3.玻尔理论认为电子绕核运转的半径可以取一系列不连续的任意值.(×) [后思考] 请思考原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾是什么. 【提示】电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾. [核心点击] 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r n＝n2r1(n＝1,2,3…) 其中n是正整数，r1是离核最近的可能的轨道半径，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，虽然是变速运动，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.氢原子的电子在 各条轨道上运动时氢原子的能量E n＝1 n2 E1(n＝1,2,3…) E1代表电子在离核最近的可能轨道上运动时氢原子的能量E1＝－13.6 eV. (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. 1.由玻尔理论可知，下列说法中正确的是( ) A.电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波 B.处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量 C.原子内电子的可能轨道是连续的 D.原子的轨道半径越大，原子的能量越大 E.原子的能量是不连续的 第1节原子结构模型 学习目标 1.了解氢原子光谱的特点及玻尔原子结构模型的基本观点。 2.了解原子核外电子在一定条件下发生跃迁与光谱的联系。 3.理解原子轨道和电子云的含义。 自主学习 知识点一氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1.原子结构理论的发展史 道尔顿―→实心球原子模型 汤姆逊―→“葡萄干布丁”模型 卢瑟福― 玻尔―→核外电子分层排布模型 现代― 2．光谱 (1)连续光谱：由各种波长的光组成，且相近的波长差别极小而不能分辨。如阳光形成的光谱即为连续光谱。 (2)线状光谱：由具有特定波长、彼此分立的谱线组成。如氢原子光谱为线状光谱。 3．玻尔原子模型的基本观点 (2)贡献 ①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。 ②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。 思考交流 1．电子跃迁时只吸收能量吗？ 知识点二量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1．原子轨道 (1)电子层：在多电子原子中，根据电子离核的平均距离远近、能量的高低分为多个电子层；用n表示，n的取值为正整数1,2,3,4,5,6，……，对应符号K，L，M，N，O，P等。 (2)能级：当n相同时，电子所具有的能量也可能不同，因此，对同一个电子层，还可分为若干个能级。如n＝2时，有1个s能级和1个p能级。 (3)原子轨道：用来描述原子中的单个电子的空间运动状态。 (4)n值所对应的能级和原子轨道的情况。 思考交流 2．多电子原子中，电子的运动区域与其能量的高低之间有何关系？2．原子轨道的图形描述 3．电子云 (1)定义：描述电子在空间单位体积内出现概率大小的图形称为电子云图。 (2)含义：用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大；点疏的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率小。 探究学习 探究一 基态、激发态与原子光谱 【问题导思】 ①原子光谱形成的原因是什么？ 【提示】 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，形成原子光谱。②霓虹灯的发光原理与氢原子光谱相同吗？ 【提示】 基本相同，都是气体在高电压激发下发生电子跃迁产生的。 1．基态原子与激发态原子 2．不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 3．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 4．玻尔原子结构模型 (1)基本观点：①电子在确定的轨道上运动 ②轨道能量是量子化的 ③电子跃迁产生能量变化 (2)意义：①成功解释了氢原子的线状光谱 ②说明核外电子是分层排布的 (3)不足：无法解释复杂光谱问题 【例1】可见光光子的能量在1.61 ～3.10 eV 范围内。若氢原子从高能级跃迁到量子数为n 的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n 为( ) 鲁科版 高一 第6章 相对论与量子论初步 第2节 量子世界 天天练 一、多选题 1. 下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（） A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射 B．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光） C．黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释 D．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释 2. 对黑体的认识，下列说法正确的是（） A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关 C．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体 3. 1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（） A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C ．能量子假说中的能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量 D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 4. 对于能量量子化的理解，下列说法正确的是（） A．微观粒子的能量是连续的 B．微观粒子的能量是不连续变化的 C．微观粒子的能量可以取任意值 D．微观粒子的能量只能取某些分立的值 5. 1905年爱因斯坦提出了光量子理论，简称光子说，下列选项属于光子说内容的是（） A．光也是一种电磁波 B．光在传播过程中是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这个能量子叫光子 C．每个光子的能量为，为普朗克常量 D．光的能量是连续不可分割的 6. 爱因斯坦的光子说很好地对光电效应做出了解释，下列选项属于光子说解释光电效应的是（）A．一个电子只能吸收一个光子 B．电子吸收光子的能量向外“运动”时，要克服金属的束缚作用而消耗能量 C．电子吸收的光子能量要足够克服金属的束缚作用，电子才能够发射出来 D．光电效应的产生需要一定的照射时间 7. 下列现象中能说明光具有波动性的有（） A．光的干涉B．光的衍射 C．光电效应D．光的偏振现象 8. 下列对于光的本质的说法正确的是（） A．光有时是一种粒子，有时是一种波 B．光既具有波的特性又具有粒子的特性 C．在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性 D．在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性 第四章第一节 原子结构与元素周期表 第1课时 《原子结构》学案 【学习目标】 1、认识原子结构，了解原子核外电子的排布。 2、能够正确书写1～20号元素的原子结构示意图。 【学习重点】原子结构及核外电子的排布。 【学习难点】核外电子排布规律。 【课前预习】 一、原子的构成 1．构成 （1）原子????? 原子核?? ? 质子(相对质量近似为1，带1个单位正电荷）中子（相对质量近似为1，不带电）核外电子(带1个单位负电荷) （2）关系： （电中性原子中）。 2．质量数 （1）概念：质子和中子的相对质量都近似为1，忽略电子的质量，将原子核内所有 和 的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫作质量数。 （2）关系：质量数（A ）＝ （Z ）＋ （N ）。 二、核外电子排布 1．电子层 （1）概念：在多电子原子里，把电子运动的 的区域简化为 ，称作电子层。 （2各电子层由内到外 电子层数 1 2 3 4 5 6 7 字母代号 离核远近 由 到 能量高低 由 到 2．电子分层排布 （1）能量最低原理 核外电子总是优先排布在 的电子层里，然后再由里往外排布在 的电子层里，即按K→L→M→N……顺序排列。 （2）电子层最多容纳的电子数 ①第n 层最多容纳 个电子。如K 、L 、M 、N 层最多容纳电子数分别为 。 ②最外层电子数目最多不能超过 个（K 层为最外层时不能超过 个）。 ③次外层最多能容纳的电子数不超过 个。 3．（1）原子（离子）结构的表示方法，如下所示 （2）原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数，而离子结构示意图中， 二者则不相等。如： 阳离子： 。 阴离子： 。 第1课时 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 [学习目标定位] 1.知道原子结构模型的演变历程和玻尔的原子结构模型的内容。2.知道基态、激发态和原子光谱等概念，认识原子光谱分析的应用。 一 原子结构模型的演变 1．阅读教材，将下列各原子结构模型的名称及相关科学家的名字填入表中： 中在原子核上，电子在原子核外空间做高速运动。卢瑟福因此被誉为“原子之父”。 [归纳总结] 1．由于道尔顿最早提出了原子论，合理地解释了当时的一些化学现象和规律，给化学奠定了唯物主义理论基石，所以道尔顿被誉为近代化学之父。 2．从原子结构模型的演变过程可以看出，人类对原子结构的认识过程是逐步深入的。虽然很多科学家得到了一些错误的结论，但对当时发现真相作出了一定的贡献。 3．随着现代科学技术的发展，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜来拍摄表示原子图像的照片并且能在晶体硅表面上用探针对原子进行“搬迁”。 [活学活用] 1．自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出了原子假说，人类对原子结构的认识就不断深入、发展，并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法中，正确的是( ) A ．道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球，故不能解释任何问题 B ．汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正负粒子是可以稳定共存的 C ．卢瑟福核式原子结构模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体 积的关系 D ．玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念，能够成功解释所有的原子光谱 答案 C 解析 道尔顿的原子理论成功地解释了质量守恒定律等规律，故A 选项是错误的；汤姆逊“葡萄干布丁”原子结构模型提出了正负电荷的共存问题，但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力，存在着电子会被拉进去并会碰撞在带正电的核心上这样的问题，故B 选项是错误的；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了核式原子结构模型，散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系，故C 选项是正确的；玻尔电子分层排布原子结构模型只引入了一个量子化的概念，只能够解释氢原子光谱，而不能解释比较复杂的原子光谱，故D 选项是错误的。 2．道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。他的学说包含下列三个论点： ①原子是不能再分的粒子； ②同种元素的原子的各种性质和质量都相同； ③原子是微小的实心球体。 从现代的观点考虑，你认为三个论点中不确切的是___________________________。 答案 ①②③ 解析 根据现代物质结构的观点可知原子是由原子核和核外电子构成的，因此可以再分；由于存在同位素，因此质子数相同的同种原子也会因中子数不同而导致其质量和物理性质不同，但其化学性质相同；原子核的体积很小，原子中大部分为空隙，电子在核外作 高速运动。 二 氢原子光谱和波尔的原子结构模型 1．阅读教材，回答下列问题： (1)处于最低能量状态的原子称为基态原子。若基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至能量较高轨道成为激发态原子。 (2)原子基态与激发态相互转化间的能量变化 基态原子 吸收能量释放能量激发态原子 2．光是电子释放能量的重要形式之一。在日常生活中，大家看到的许多可见光(如灯光、霓虹灯光、激光)和节日燃放的焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 (1)不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素的原子，这些光谱总称原子光谱。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为谱学分析。 (2)氢原子光谱是线状光谱而不是连续光谱，是由于氢原子光谱源自核外电子在能量不 相对论和量子论 量子论和相对论是二十世纪最伟大的两个改变世界的理论，于今他们仍然深深的影响和改变着我们的世界。量子论是现代物理学的两大基石之一。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。所以我们就不难确定它们各自的适用范围：量子力学适用于微观亚原子，量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，共同奠定了近代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。 相对论分为：狭义相对论和广义相对论，狭义相对论适用于惯性系，广义相对论适用于惯性系和非惯性系。狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论 狭义相对论有两个原理，一是相对性原理：物理规律在所有的惯性系中有相同的表达形式，二是光速不变原理：真空中的光速是常量，于光源或者观测者的运动无关。狭义相对论的结论有：①长度收缩；②时间延续；③相对质量；④相对论多普勒效应。狭义相对论的重要性；①建立了是用于高速运动的更加精确的时空观；②促进了原子能的利用；③导致了广义相对论的建立，在天体观测中有重要应用。广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后，深入研究引力理论，于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论，它把引力场归结为物体周围的时空弯曲，把物体受引力作用而运动，归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此，广义相对论亦称时空几何动力学，即把引力归结为时空的几何特性。广义相对论的两个基本原理是：一，等效原理：引力与惯性力等效；二，广义相对性原理:等效原理,所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。 量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。 量子论：光电效应、康普顿效应、德布罗意波长、波粒二象性。1923年，德布罗意提出了物质波假说，将波粒二象性运用于电子之类的粒子束，把量子论发展到一个新的高度。 1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程，为量子理论找到了一个基本公式，并由此创建了波动力学。 几乎与薛定谔同时，海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文，创立了解决量子波动理论的矩阵方法。 学业分层测评（十） （建议用时：45分钟） ［学业达标］ 1?关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有（） A.它彻底否定了经典的电磁理论 B.它发展了卢瑟福的核式结构学说 C.它完全抛弃了经典的电磁理论 D.它引入了普朗克的量子理论 E.它保留了一些经典力学和经典的电磁理论 【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论. 【答案】BDE 2?下面关于玻尔理论的解释中，正确的说法是（） A.原子只能处于一系列不连续的状态屮，每个状态都对应一定的能量 B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量 C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的 E.原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射光子，但光子的频率不固定 【解析】根据玻尔原子理论可以判定选项A、B、D均正确；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能辐射一定频率的光子，也可能吸收一定频率的光子，故选项C不正确；原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射一定频率的光子，E错误. 【答案】ABD 3.设氢原子由72 = 3的状态向77 = 2的状态跃迁时放出能量为E、频率为V的光 子?则氢原子（） -inn ------------ & 图 3-3-2 A. 跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子 B. 由= 2的状态向n=l 的状态跃迁时放出光子的能量大于E C. 由n = 2的状态向n = 3的状态跃迁时吸收光子的能量等于E D. 由刃=4的状态向刃=3的状态跃迁时放出光子的频率大于v E. 由斤=4的状态向斤=3的状态跃迁时放出光了的频率一定小于v 【解析】 原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A 错；由〃=2 的状态向n=\的状态跃迁时，能量比由用=3的状态向n=2的状态跃迁时要大， 所以放出光子的能量大于E, B 项正确；由n=2的状态向/? = 3的状态跃迁时吸收 光子的能量等于由n = 3的状态向n = 2的状态跃迁时放出的能量E, C 项正确；由 〃=4的状态向/? = 3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于y, D 项错, E 项正确. 【答案】BCE 4. 已知氢原子的能级图如图3?3?3所示，现用光子能量介于10?12.9 eV 范围 内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法屮正确的是（） 【导学号:67080030] n E/eV 8 ---------------------- 0 5 ------------------------- 0.54 4 ------------------------- 0.85 3 ------------------------- 1.51 2 ------------------------- 3.4 1 ------------------------- 13.6 图 3-3-3 A. 在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种 B. 在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种 放出能量 吸收能量 ? 4 3 2 EE E 2021-2022年高中化学第1章原子结构1.1原子结构模型学案鲁科版(I)知识梳理 一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 1.原子结构模型的发展 （1）公元前400多年，古希腊哲学家把构成物质的最小单位叫做______________。 （2）1803年，英国化学家道尔顿把原子这一哲学名词变为化学中具有确定意义的实在微粒，并建立了______________学说。 （3）1903年，汤姆逊在发现______________的基础上提出了原子结构的“______________”模型，开始涉及原子内部的结构。 （4）1911年，英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的______________模型。 （5）1913年，丹麦科学家玻尔进一步建立起______________的原子结构模型。 （6）20世纪20年代中期建立的______________理论，使人们对原子结构有了更深刻的认识，从而建立了原子结构的______________模型。 2.氢原子光谱 （1）通常所说的光是指人的视觉所能感觉到的在真空中波长介于______________之间的电磁波。不同波长的光在人的视觉中表现出不同的颜色，按波长由长到短依次为______________。实际上，广义的光即电磁波，除了可见光外，还包括______________等。（2）人们在放电管内充入低压氢气，并在放电管两端的电极间加上高压电时，氢气会放电发光，经光谱仪记录得到的光谱是由具有特定波长，彼此分立的谱线所组成，即为____________________。 3.玻尔的原子结构模型 （1）为揭示氢原子光谱是线状光谱这一实验事实，玻尔在卢瑟福原子模型的基础上提出了核外电子排布的原子结构模型。 （2）玻尔原子结构模型的基本观点： ①原子中的电子在具有______________轨道上绕原子核运动，并不辐射能量。 ②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E），而且能量是______________的，即能量是“一份一份”的，不能任意连续变化而只能取某些______________的数值，轨道能量依n 高中物理第六章相对论与量子论初步学案鲁 科版必修2 相对性原理两个基本原理光速不变原理四维时空与时空弯曲时间延缓效应高速世界相对论效应长度收缩效应质速关系两个关系质能关系相对论与量子论初步E=nε n=0，1，2…… 量子世界能量的量子化ε=hv=h物质的波粒二象性能力提升第6章综合测试 1、有一接近于光速相对于地球飞行的宇宙火箭，在地球上的观察者将会看到火箭上的物体长度缩短，时钟变慢。由此有人得出结论说，火箭上的同类物体更长，时钟变快。这个结论对吗？ 2、一物理实验小组将一横截面积为S的柱形容器中注入质量为m的水，经阳光直射时间t后，测得水温升高△T，设水对阳光的吸收率为η，阳光光子的平均波长为λ，水的比热容为C，试求该段时间内到达水面的太阳光光子数。 3、已知重核的裂变能获得核能，一个质量为m1的重核A，俘获了一个质量为m0的中子（中子动能略去不计）后，裂变为两个中等质量的核B（质量为m2）和C（质量为m3），则此时核发将发出多少核能？ 4、静系中μ子的平均寿命为τ= 2、210-6秒。据报道，在一组高能物理实验中，当它的速率为v=0、9966c时，通过的平均距离为8千米。说明这现象。（提示，当β≤1时，有）参考答案 1、解析：在古典力学中，人们总认为时间间隔和空间间隔，例如时钟的快慢和物体的长度，在两个参照系里是一样的，不会因参照系的运动而有所变化。因此才有人提出如题所述的问题。 2、解析：水吸收到的光子能量为E1=Cm△T 每个光子的能量ε=h ∴ 水吸收到的光子数 N1=由题意，时间t内到在水面的光子数 N2= 3、解析：反应前质量为m0+m1，反应后质量为m2+m3，由质能关系得△E=△mc2=(m0+m1-m2-m3)c 24、解析：（1）按照非相对论的牛顿力学观点，高速运动时μ子的平均寿命仍然取τ= 2、210-6秒，则它的一生中通过的平均距离应是 L=vτ=cτ=310 82、210-6米=660米，此结果显然与实验事实不符。（2）按照时间延缓效应，观察者测得高速运动μ子的寿命△τ应比它的本征寿命τ长，其间的关系是因为，，所以 v=0、9966c的μ子的平均寿命应比它在静止时的寿命长 12、14倍，即秒= 26、710-6秒。于是它走过的平均距离为 L=鲁教版第六章 相对论与量子论初步单元测试题及答案
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