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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 原子的结构教课内容ppt课件
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 原子的结构教课内容ppt课件，共51页。PPT课件主要包含了答案CD等内容，欢迎下载使用。
知识点一 原子的核式结构的提出1．J.J.汤姆孙的原子结构模型——葡萄干布丁模型．J．J.汤姆孙设想原子是一个球体，带正电的部分均匀地分布在其中，质量很小的电子镶嵌在内，有人形象地把该模型称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”，该模型被卢瑟福的α粒子散射实验所否定．2．α粒子散射实验．(1)α粒子散射实验的方法：用由放射源发射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子偏转情况．
(2)α粒子散射实验的目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子会改变原来的运动方向，产生偏转．统计散射到各个方向的α粒子数量，即可推知原子中质量和正电荷的分布情况．(3)α粒子散射实验的现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.3．原子的核式结构模型．卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个带正电的很小的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．
4．原子和原子核的半径．原子核的质量几乎集中了原子的全部质量，但它的半径却非常小，实验确定的原子核半径的数量级为10－15～10－14 m，原子半径的数量级为10－10 m.知识点二 氢原子光谱和原子的能级结构1．原子光谱．某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱．2．能级结构猜想．(1)由于氢原子光谱是分立的，所以猜想原子内部的能量也是不连续的．(2)能级：把原子内部不连续的能量称为能级．
(3)跃迁：①把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁．②处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时辐射光子；原子吸收特定频率的光子或通过其他途径获得能量时，可以从低能级向高能级跃迁．原子辐射或吸收光子的能量为hν＝Em－En，其中Em、En分别为原子跃迁前后的能级．3．氢原子的能级．氢原子的能级公式为，n＝1，2，3，…，其中E1＝－13.6 eV，正常情况下氢原子处于最低能级E1(n＝1)，这个状态称为基态，其他状态称为激发态．处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射，辐射出来的能量等于两能级间的能量差．
4．电子云．玻尔理论的局限性为过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动．原子中的电子没有确定的位置，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，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，故称电子云．
小试身手1．根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是( )A．原子的正电荷均匀分布在整个原子范围内B．原子质量均匀分布在整个原子范围内C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D．原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内
D 解析：核式结构认为：原子是由位于其中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，故D项正确．
2．(多选)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等于始、末两个能级的能量差值
探究一 电子的发现及其比荷的测定1．电子的发现过程．(1)现象．科学家在研究稀薄气体时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就能发出一种射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光．(2)猜想．①阴极射线是一种电磁辐射．②阴极射线是带电微粒．
(3)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转．
(4)密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．2．电子比荷的测定．根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)：
【典例1】 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ.试解决下列问题．
(1)说明图中磁场沿什么方向．(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
求解带电粒子比荷的思路(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置，利用几何知识求其半径．(3)带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE＝qvB可求其速度．
1．(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是 ( )A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
BCD 解析：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．
探究二 原子的核式结构1．α粒子散射实验．(1)实验背景．α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证J.J.汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定J.J.汤姆孙原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．(2)实验装置(如图所示)．放射源——释放α粒子；金箔——靶子；显微镜荧光屏(可转动)——用于观察．
(3)实验过程．α粒子从铅盒射出，经过一条细通道，形成细射线穿过金箔后打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察．(4)实验现象．①α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进．②少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°.③有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°.(5)实验分析．①由于电子质量远小于α粒子质量，所以二者发生碰撞时电子不可能使α粒子发生大角度偏转．
②使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧的斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不可能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验的现象相矛盾．③现象说明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子的大角度散射是不可能的．(6)注意事项．①整个实验过程需在真空中进行．
②利用金箔的延展性较好的特点，做成极薄的金箔，α粒子才比较容易穿过．③实验中选用金箔的另一个原因，是因为金的原子序数大，α粒子与金原子核的库仑力大，偏转比较明显．
2．原子的核式结构模型的内容．原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．3．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释．(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小．因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转．
(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转．(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少．4．注意．(1)使α粒子发生偏转的力是原子核对它的库仑斥力，α粒子离原子核越近，库仑力越大，α粒子的加速度越大，反之则越小．(2)α粒子与原子核间的万有引力远小于两者间的库仑力，因而可以忽略不计．并且处理α粒子等微观粒子时一般不计重力．
【典例2】 如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某金属原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则下列说法中正确的是( )A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小B．α粒子在B处的速度最大C．α粒子在A、C处的速度相同D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小
D 解析：由A到B，库仑力做负功，动能减小，则A处的动能大于B处的动能，A处的速度大于B处的速度，故A、B错误；由A运动到C，库仑力做功为零，则动能不变，所以经过A、C的速度大小相等，而不是速度相同，故C错误；由B到C，库仑力做正功，根据动能定理知，动能增大，则C点的速度大于B点的速度，故D正确．
α粒子散射实验中的能量变化问题(1)α粒子和原子核都带正电，它们之间的库仑力为斥力．(2)α粒子靠近原子核时，电场力做负功，粒子动能减小，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒；α粒子远离原子核时，电场力做正功，电势能减小，粒子动能增加．(3)以原子核为球心的同心球为等势面，同一等势面上α粒子的电势能、动能都相等．
3．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是( )
A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的加速度先变小后变大D．电场力对α粒子先做正功后做负功
B 解析：根据原子核式结构的特点以及电场力做功与电势能的变化关系判断电势能的变化，再由动能定理(或能量守恒)判断动能变化情况．α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，电场力(库仑斥力)对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，故B正确，A、D错误；α粒子受到的库仑斥力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，故C错误．
4．(多选)在α粒子散射实验中，关于选用金箔的原因，下列说法正确的是( )A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不带电C．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动D．金核半径大，易形成大角度散射
ACD 解析：α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，A正确；金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动，C正确；金核半径大，易形成大角度散射，D正确．
探究三 原子核式结构与原子核的组成1．原子核式结构与原子枣糕模型的对比．
2.原子内的电荷关系．原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数．3．原子核的组成．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．
4．原子核的大小．原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15.
【典例3】 (多选)关于原子核式结构理论说法正确的是 ( )A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．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旋转
BD 解析：原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误；原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误；原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确．
5．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是( )
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型
B 解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型．
6．关于原子结构，下列说法正确的是( )A．原子中原子核很小，核外很“空旷”B．原子核的半径的数量级是10－10 mC．原子的全部电荷都集中在原子核里D．原子的全部质量都集中在原子核里
A 解析：卢瑟福的原子结构模型的内容为：在原子中心有一个很小的核，叫原子核．它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动，故C、D错误；又因为原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，两者相差十万倍之多，因此原子内部是十分“空旷”的，故A正确，B错误．
探究四 原子的能级结构和玻尔原子理论1．玻尔原子模型．(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动．(2)电子绕核运动的轨道是量子化的．(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射．2．两个基本假设．(1)定态假设：当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．原子处于定态时，电子绕核运动不辐射也不吸收能量．
(2)跃迁假设：原子系统从一个定态跃迁到另一个定态，伴随着光子的发射和吸收．
3．玻尔理论对氢原子光谱的解释．(1)解释巴耳末公式：按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝Em－En；巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后的定态轨道的量子数n和2.(2)解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．
4．玻尔理论的局限性．(1)玻尔理论的成功之处：玻尔理论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：过多地保留了经典理论，对更复杂的原子发光无法解释．
n取不同的量子数时，可求得各能级的能量值．
(2)基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级状态称为基态．氢原子在基态的能量为－13.6 eV.(3)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级，较高能级对应的状态称为激发态．
【典例4】 (多选)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．原子内电子的轨道可能是连续的D．原子的轨道半径越大，原子的能量越大
BD 解析：按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A、C错误，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确．
7．(多选)关于玻尔理论，以下叙述正确的是( )A．原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量D．不论当原子处于何种定态时，原子都不向外辐射能量
AD 解析：根据玻尔理论假设知选项A正确；不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以选项B、C错误，D正确．
8．关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是( )A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子的能量状态不是连续的C．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D．原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的
B 解析：根据玻尔理论知，电子的轨道半径是量子化的，半径是一系列不连续的特定值，且电子绕核旋转是定态，不向外辐射能量．原子的能量状态不可能是连续的，故B正确．
探究五 原子的能级跃迁1．氢原子的能级跃迁．
2.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子．(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题．(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子发生能级跃迁．3．原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV，则原子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能．
【典例5】 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1.61～3.10 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．基态氢原子的电离能为13.6 eVC．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＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子是可见光
B 解析：根据玻尔理论可知，氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须严格等于能级差，故A错误；基态氢原子电离时的电离能为13.6 eV，故B正确；一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C＝10种不同频率的光子，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子的能量为－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，能量比可见光光子的能量小，不可能是可见光光子，故D错误．
9．(多选)如图为氢原子能级图，可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV.根据玻尔理论和光电效应规律判断，下列说法正确的是( )
A．一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光B．大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光
C．大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，由n＝5能级向n＝4能级跃迁辐射出的光子的波长最长D．大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生3种不同频率的可见光
AC 解析：一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出4种不同频率的光，n＝5到n＝4，n＝4到n＝3，n＝3到n＝2，n＝2到n＝1，选项A正确；能级间跃迁时，辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据C计算辐射的不同频率光的种数，大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生6种不同频率的光，选项B错误；光子的频率越高，波长越短，而频率越低，波长越长，大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，由n＝5能级向n＝4能级跃
迁辐射出的光子的波长最长，选项C正确；大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生3种不同频率的光子，可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV，n＝3能级到n＝2能级跃迁释放的光子能量为1.89 eV，在可见光范围内，其他跃迁产生的光子能量不在1.62～3.11 eV范围内，不属于可见光，选项D错误．
知识点一 原子的核式结构的提出1．J.J.汤姆孙的原子结构模型——葡萄干布丁模型．J．J.汤姆孙设想原子是一个球体，带正电的部分均匀地分布在其中，质量很小的电子镶嵌在内，有人形象地把该模型称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”，该模型被卢瑟福的α粒子散射实验所否定．2．α粒子散射实验．(1)α粒子散射实验的方法：用由放射源发射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子偏转情况．
(2)α粒子散射实验的目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子会改变原来的运动方向，产生偏转．统计散射到各个方向的α粒子数量，即可推知原子中质量和正电荷的分布情况．(3)α粒子散射实验的现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.3．原子的核式结构模型．卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个带正电的很小的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．
4．原子和原子核的半径．原子核的质量几乎集中了原子的全部质量，但它的半径却非常小，实验确定的原子核半径的数量级为10－15～10－14 m，原子半径的数量级为10－10 m.知识点二 氢原子光谱和原子的能级结构1．原子光谱．某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱．2．能级结构猜想．(1)由于氢原子光谱是分立的，所以猜想原子内部的能量也是不连续的．(2)能级：把原子内部不连续的能量称为能级．
(3)跃迁：①把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁．②处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时辐射光子；原子吸收特定频率的光子或通过其他途径获得能量时，可以从低能级向高能级跃迁．原子辐射或吸收光子的能量为hν＝Em－En，其中Em、En分别为原子跃迁前后的能级．3．氢原子的能级．氢原子的能级公式为，n＝1，2，3，…，其中E1＝－13.6 eV，正常情况下氢原子处于最低能级E1(n＝1)，这个状态称为基态，其他状态称为激发态．处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射，辐射出来的能量等于两能级间的能量差．
4．电子云．玻尔理论的局限性为过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动．原子中的电子没有确定的位置，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，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，故称电子云．
小试身手1．根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是( )A．原子的正电荷均匀分布在整个原子范围内B．原子质量均匀分布在整个原子范围内C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D．原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内
D 解析：核式结构认为：原子是由位于其中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，故D项正确．
2．(多选)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等于始、末两个能级的能量差值
探究一 电子的发现及其比荷的测定1．电子的发现过程．(1)现象．科学家在研究稀薄气体时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就能发出一种射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光．(2)猜想．①阴极射线是一种电磁辐射．②阴极射线是带电微粒．
(3)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转．
(4)密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．2．电子比荷的测定．根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)：
【典例1】 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ.试解决下列问题．
(1)说明图中磁场沿什么方向．(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
求解带电粒子比荷的思路(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置，利用几何知识求其半径．(3)带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE＝qvB可求其速度．
1．(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是 ( )A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
BCD 解析：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．
探究二 原子的核式结构1．α粒子散射实验．(1)实验背景．α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证J.J.汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定J.J.汤姆孙原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．(2)实验装置(如图所示)．放射源——释放α粒子；金箔——靶子；显微镜荧光屏(可转动)——用于观察．
(3)实验过程．α粒子从铅盒射出，经过一条细通道，形成细射线穿过金箔后打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察．(4)实验现象．①α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进．②少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°.③有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°.(5)实验分析．①由于电子质量远小于α粒子质量，所以二者发生碰撞时电子不可能使α粒子发生大角度偏转．
②使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧的斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不可能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验的现象相矛盾．③现象说明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子的大角度散射是不可能的．(6)注意事项．①整个实验过程需在真空中进行．
②利用金箔的延展性较好的特点，做成极薄的金箔，α粒子才比较容易穿过．③实验中选用金箔的另一个原因，是因为金的原子序数大，α粒子与金原子核的库仑力大，偏转比较明显．
2．原子的核式结构模型的内容．原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．3．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释．(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小．因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转．
(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转．(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少．4．注意．(1)使α粒子发生偏转的力是原子核对它的库仑斥力，α粒子离原子核越近，库仑力越大，α粒子的加速度越大，反之则越小．(2)α粒子与原子核间的万有引力远小于两者间的库仑力，因而可以忽略不计．并且处理α粒子等微观粒子时一般不计重力．
【典例2】 如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某金属原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则下列说法中正确的是( )A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小B．α粒子在B处的速度最大C．α粒子在A、C处的速度相同D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小
D 解析：由A到B，库仑力做负功，动能减小，则A处的动能大于B处的动能，A处的速度大于B处的速度，故A、B错误；由A运动到C，库仑力做功为零，则动能不变，所以经过A、C的速度大小相等，而不是速度相同，故C错误；由B到C，库仑力做正功，根据动能定理知，动能增大，则C点的速度大于B点的速度，故D正确．
α粒子散射实验中的能量变化问题(1)α粒子和原子核都带正电，它们之间的库仑力为斥力．(2)α粒子靠近原子核时，电场力做负功，粒子动能减小，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒；α粒子远离原子核时，电场力做正功，电势能减小，粒子动能增加．(3)以原子核为球心的同心球为等势面，同一等势面上α粒子的电势能、动能都相等．
3．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是( )
A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的加速度先变小后变大D．电场力对α粒子先做正功后做负功
B 解析：根据原子核式结构的特点以及电场力做功与电势能的变化关系判断电势能的变化，再由动能定理(或能量守恒)判断动能变化情况．α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，电场力(库仑斥力)对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，故B正确，A、D错误；α粒子受到的库仑斥力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，故C错误．
4．(多选)在α粒子散射实验中，关于选用金箔的原因，下列说法正确的是( )A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不带电C．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动D．金核半径大，易形成大角度散射
ACD 解析：α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，A正确；金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动，C正确；金核半径大，易形成大角度散射，D正确．
探究三 原子核式结构与原子核的组成1．原子核式结构与原子枣糕模型的对比．
2.原子内的电荷关系．原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数．3．原子核的组成．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．
4．原子核的大小．原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15.
【典例3】 (多选)关于原子核式结构理论说法正确的是 ( )A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．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旋转
BD 解析：原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误；原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误；原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确．
5．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是( )
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型
B 解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型．
6．关于原子结构，下列说法正确的是( )A．原子中原子核很小，核外很“空旷”B．原子核的半径的数量级是10－10 mC．原子的全部电荷都集中在原子核里D．原子的全部质量都集中在原子核里
A 解析：卢瑟福的原子结构模型的内容为：在原子中心有一个很小的核，叫原子核．它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动，故C、D错误；又因为原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，两者相差十万倍之多，因此原子内部是十分“空旷”的，故A正确，B错误．
探究四 原子的能级结构和玻尔原子理论1．玻尔原子模型．(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动．(2)电子绕核运动的轨道是量子化的．(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射．2．两个基本假设．(1)定态假设：当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．原子处于定态时，电子绕核运动不辐射也不吸收能量．
(2)跃迁假设：原子系统从一个定态跃迁到另一个定态，伴随着光子的发射和吸收．
3．玻尔理论对氢原子光谱的解释．(1)解释巴耳末公式：按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝Em－En；巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后的定态轨道的量子数n和2.(2)解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．
4．玻尔理论的局限性．(1)玻尔理论的成功之处：玻尔理论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：过多地保留了经典理论，对更复杂的原子发光无法解释．
n取不同的量子数时，可求得各能级的能量值．
(2)基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级状态称为基态．氢原子在基态的能量为－13.6 eV.(3)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级，较高能级对应的状态称为激发态．
【典例4】 (多选)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．原子内电子的轨道可能是连续的D．原子的轨道半径越大，原子的能量越大
BD 解析：按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A、C错误，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确．
7．(多选)关于玻尔理论，以下叙述正确的是( )A．原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量D．不论当原子处于何种定态时，原子都不向外辐射能量
AD 解析：根据玻尔理论假设知选项A正确；不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以选项B、C错误，D正确．
8．关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是( )A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子的能量状态不是连续的C．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D．原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的
B 解析：根据玻尔理论知，电子的轨道半径是量子化的，半径是一系列不连续的特定值，且电子绕核旋转是定态，不向外辐射能量．原子的能量状态不可能是连续的，故B正确．
探究五 原子的能级跃迁1．氢原子的能级跃迁．
2.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子．(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题．(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子发生能级跃迁．3．原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV，则原子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能．
【典例5】 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1.61～3.10 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．基态氢原子的电离能为13.6 eVC．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＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子是可见光
B 解析：根据玻尔理论可知，氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须严格等于能级差，故A错误；基态氢原子电离时的电离能为13.6 eV，故B正确；一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C＝10种不同频率的光子，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子的能量为－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，能量比可见光光子的能量小，不可能是可见光光子，故D错误．
9．(多选)如图为氢原子能级图，可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV.根据玻尔理论和光电效应规律判断，下列说法正确的是( )
A．一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光B．大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光
C．大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，由n＝5能级向n＝4能级跃迁辐射出的光子的波长最长D．大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生3种不同频率的可见光
AC 解析：一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出4种不同频率的光，n＝5到n＝4，n＝4到n＝3，n＝3到n＝2，n＝2到n＝1，选项A正确；能级间跃迁时，辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据C计算辐射的不同频率光的种数，大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生6种不同频率的光，选项B错误；光子的频率越高，波长越短，而频率越低，波长越长，大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，由n＝5能级向n＝4能级跃
迁辐射出的光子的波长最长，选项C正确；大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生3种不同频率的光子，可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV，n＝3能级到n＝2能级跃迁释放的光子能量为1.89 eV，在可见光范围内，其他跃迁产生的光子能量不在1.62～3.11 eV范围内，不属于可见光，选项D错误．
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