高中物理：第18章《原子結構》課件(新人教版 選修35)

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1、高中物理新人教版選修- 5系列課件第十八章原子結構18.1電子的發(fā)現教學目標教學目標 1、知識與技能、知識與技能 （1）了解陰極射線及電子發(fā)現的過程； （2）知道湯姆孫研究陰極射線發(fā)現電子的實驗及理論推導。 2、過程與方法：、過程與方法：培養(yǎng)學生對問題的分析和解決能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。 3、情感、態(tài)度與價值觀：、情感、態(tài)度與價值觀：理解人類對原子的認識和研究經歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程，根據事實建立學說，發(fā)展學說，或是決定學說的取舍，發(fā)現新的事實，再建立新的學說。人類就是這樣通過光的行為，經過分析和研究，逐漸認識原子的。 教學重點：教學重點：陰極射線

2、的研究。 教學難點：教學難點：湯姆孫發(fā)現電子的理論推導。 教學方法：教學方法：實驗演示和啟發(fā)式綜合教學法。 教學用具：教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備。 19世紀是電磁學大發(fā)展的時期世紀是電磁學大發(fā)展的時期, 到七、八到七、八十年代電氣工業(yè)開始有了發(fā)展十年代電氣工業(yè)開始有了發(fā)展, 其中電氣照明其中電氣照明也吸引了許多科學家的注意，問題涉及低壓氣也吸引了許多科學家的注意，問題涉及低壓氣體放電現象，于是，人們競相研究與低壓氣體體放電現象，于是，人們競相研究與低壓氣體發(fā)電現象有關的問題。發(fā)電現象有關的問題。 陰極射線陰極射線是低壓氣體放電過程中出現的是低壓氣體放電過程中出現的一種奇特現象，德國物

3、理學家一種奇特現象，德國物理學家J.普呂克爾在普呂克爾在1858年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時發(fā)現的發(fā)現的 .從低壓氣體放電管陰極發(fā)出一種射線。從低壓氣體放電管陰極發(fā)出一種射線。 陰極射線陰極射線 對其本性對其本性的研究形成了的研究形成了英國英國學派的微學派的微粒說和粒說和德國德國學學派的以太說。派的以太說。 1876年，戈年，戈德斯坦的研究。德斯坦的研究。陰極射線陰極射線 對其本性的研究導致了對其本性的研究導致了英國英國學派的微粒說和學派的微粒說和德德國國學派的以太。學派的以太。 粒子和電磁波有什么區(qū)別？粒子和電磁波有什么區(qū)別？ 實驗實驗 實驗該怎么做？

4、實驗該怎么做？ J.J.湯姆孫對陰極射線湯姆孫對陰極射線進行了一系列的實驗研進行了一系列的實驗研究。他確認陰極射線是帶電的粒子。自究。他確認陰極射線是帶電的粒子。自1890年起年起開始研究。開始研究。MN氣體放電管氣體放電管- -+ +進一步做實驗：確定荷質比進一步做實驗：確定荷質比經檢驗為經檢驗為負電荷負電荷MN一個質量為一個質量為m,m,電量為電量為e e的帶電粒子的帶電粒子, ,以速度以速度v v垂直進垂直進入磁場入磁場B B中中, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN間產生豎直向上的電場間產生豎直向上的電場E,E,在垂直電場向在垂直電場向外的方向上加一磁場外的方向上加一磁場B,B,

5、適當地調節(jié)電場和磁場的強適當地調節(jié)電場和磁場的強度度, ,可以測出速度大小可以測出速度大小V=V=E/BrBEmq2+ +- -18971897年得到實驗結果：年得到實驗結果： 荷質比約為質子的荷質比約為質子的20002000倍倍實驗結果實驗結果：荷質比約為質子的：荷質比約為質子的20002000倍倍 進一步分析進一步分析實驗結果：是電荷比實驗結果：是電荷比質子大？還是質量比質子?。浚y量）質子大？還是質量比質子??？（測量） 進一步拓展研究對象：用不同的材進一步拓展研究對象：用不同的材料做陰極做實驗，光電效應、熱離子發(fā)料做陰極做實驗，光電效應、熱離子發(fā)射效應、射線（研究對象射效應、射線（研究對

6、象普遍化普遍化）。）。實驗結論實驗結論：電子是原子的組成部分，：電子是原子的組成部分，是比原子跟基本的物質單元。是比原子跟基本的物質單元。 美國科學家美國科學家密立根密立根又精確地測定了電子的又精確地測定了電子的電量：電量： e=1.6022e=1.602210101919 C C 根據荷質比，可以精確地計算出電子的質根據荷質比，可以精確地計算出電子的質量為：量為： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg 回顧：回顧： 公元前公元前5世紀，希臘哲學家世紀，希臘哲學家德謨克利特德謨克利特等人認為等人認為 ：萬物是由：萬物是由大量的不可分割的微粒構成的，即原子。大量的不可分割

7、的微粒構成的，即原子。 19世紀初，英國科學家道爾頓提出近代原世紀初，英國科學家道爾頓提出近代原子學說，他認為原子是微小的不可分割的實心子學說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體球體,物質由原子組成物質由原子組成,原子不能被創(chuàng)造原子不能被創(chuàng)造,也不能被也不能被毀滅毀滅,在化學變化中在化學變化中原子不可分割原子不可分割,他們的性質在他們的性質在化學反應中保持不變?；瘜W反應中保持不變。 電子的發(fā)現具有偉大的意義，因為這一事電子的發(fā)現具有偉大的意義，因為這一事件使人們認識到自然界還有比原子更小的實物。件使人們認識到自然界還有比原子更小的實物。電子的發(fā)現打開了通向原子物理學的大門電子的發(fā)現打開了通向

8、原子物理學的大門 ,人們人們開始研究原子的結構開始研究原子的結構 . 他被科學界譽為他被科學界譽為“一位最先打開通向基本一位最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人粒子物理學大門的偉人”J.J.湯姆生對電子的研究過程和方法湯姆生對電子的研究過程和方法 定性研究：定性研究： J.J.湯姆生還改進了赫茲的靜電場偏轉實驗，他進一湯姆生還改進了赫茲的靜電場偏轉實驗，他進一步提高了真空度，并且減小極間電壓，以防止氣體電離，終步提高了真空度，并且減小極間電壓，以防止氣體電離，終于獲得了穩(wěn)定的靜電偏轉。得出陰極射線帶負電。于獲得了穩(wěn)定的靜電偏轉。得出陰極射線帶負電。 定量研究定量研究 ： 計算出陰極射線的荷質比

9、計算出陰極射線的荷質比e/m。 普遍性證明普遍性證明 習題習題1 1：如圖，在兩平行板間有平行的均勻電如圖，在兩平行板間有平行的均勻電場場E E，勻強磁場，勻強磁場B B。MNMN是熒光屏，中心為是熒光屏，中心為O O，OO=LOO=L，在熒光屏上建立一個坐標系，原點是，在熒光屏上建立一個坐標系，原點是O O，y y軸向上，軸向上，x x軸垂直紙面向外，一束速度軸垂直紙面向外，一束速度、荷荷質比相同的粒子沿質比相同的粒子沿OOOO方向從方向從OO射入，打在射入，打在屏上屏上P P（- - ）點，求：）點，求：（1 1）粒子帶何種電荷？）粒子帶何種電荷？（2 2）B B的方向？的方向？（3 3）

10、粒子的荷質比？）粒子的荷質比？3,36LLOOO OM MN N思考與研討思考與研討習題習題2 2：示波管中電子槍的原理圖如圖。管內為空，示波管中電子槍的原理圖如圖。管內為空，A A為發(fā)射熱電子的陰極，為發(fā)射熱電子的陰極，K K為接在高電勢點的加速陽極，為接在高電勢點的加速陽極，A A、K K間電壓為間電壓為U U。電子離開陰極是速度可以忽略，電。電子離開陰極是速度可以忽略，電子經加速后從子經加速后從K K的小孔中射出時的速度大小為的小孔中射出時的速度大小為v v，下面，下面說法正確的是：說法正確的是：( ) ( ) A A、如果、如果A A、K K間距離減半，電壓間距離減半，電壓U U、不變

11、，則離開時速不變，則離開時速率變?yōu)槁首優(yōu)?v 2v B B、如果、如果A A、K K間距離減半，電壓間距離減半，電壓U U、不變，則離開時速不變，則離開時速率變?yōu)槁首優(yōu)関/2 v/2 C C、如果、如果A A、K K間距離不變，電壓間距離不變，電壓U U減半，則離開時速率減半，則離開時速率變?yōu)樽優(yōu)?v 2v D D、如果、如果A A、K K間距離不變，電壓間距離不變，電壓U U減半，則離開時速率減半，則離開時速率變?yōu)樽優(yōu)?.707v0.707vA AK KU U18.2原子的核式結構模型教學目標教學目標 1、知識與技能、知識與技能 （1）了解原子結構模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據； （

12、2）知道粒子散射實驗的實驗方法和實驗現象，及原子核式結構模型的主要內容。 2、過程與方法、過程與方法 （1）通過對粒子散射實驗結果的討論與交流，培養(yǎng)學生對現象的分析中歸納中得出結論的邏輯推理能力； （2）通過核式結構模型的建立，體會建立模型研究物理問題的方法，理解物理模型的演化及其在物理學發(fā)展過程中的作用； （3）了解研究微觀現象。 3、情感、態(tài)度與價值觀、情感、態(tài)度與價值觀 （1）通過對原子模型演變的歷史的學習，感受科學家們細致、敏銳的科學態(tài)度和不畏權威、尊重事實、尊重科學的科學精神； （2）通過對原子結構的認識的不斷深入，使學生認識到人類對微觀世界的認識是不斷擴大和加深的，領悟和感受科學研

13、究方法的正確使用對科學發(fā)展的重要意義。 教學重點：教學重點： （1）引導學生自主思考討論在于對粒子散射實驗的結果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結構； （2）在教學中滲透和讓學生體會物理學研究方法，滲透三個物理學方法：模型方法，黑箱方法和微觀粒子的碰撞方法。 教學難點：教學難點： 引導學生小組自主思考討論在于對粒子散射實驗的結果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結構 教學方法：教學方法： 教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。 教學用具：教學用具： 投影片，多媒體輔助教學設備。十九世紀末，湯姆生發(fā)現了電子，并十九世紀末，湯姆生發(fā)現了電子，并知道電子是原子的組成部分由于知道電子是原子

14、的組成部分由于電子是帶負電的，而原子又是中性電子是帶負電的，而原子又是中性的，因此推斷出原子中還有帶正電的，因此推斷出原子中還有帶正電的物質那么這兩種物質是怎樣構的物質那么這兩種物質是怎樣構成原子的呢？成原子的呢？電子正電荷 在湯姆生的原在湯姆生的原子模型中，原子是子模型中，原子是一個球體；正電核一個球體；正電核均勻分布在整個球均勻分布在整個球內，而電子都象布內，而電子都象布丁中的葡萄干那樣丁中的葡萄干那樣鑲嵌在內。鑲嵌在內。 1909 190919111911年，英國物年，英國物理學家盧瑟福和他的助理學家盧瑟福和他的助手們進行了手們進行了 粒子散射粒子散射實驗實驗盧盧瑟瑟福福著名的著名的 粒

15、子散射實驗粒子散射實驗著名的著名的 粒子散射實驗粒子散射實驗粒子散射實驗的結果粒子散射實驗的結果絕大多數絕大多數 粒子穿過金箔后仍沿原粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但少數來的方向前進，但少數 粒子發(fā)生粒子發(fā)生了較大的偏轉，并且有極少數了較大的偏轉，并且有極少數 粒粒子的偏轉超過了子的偏轉超過了90，有的甚至幾，有的甚至幾乎達到乎達到180。葡萄干布丁模型能否解釋？根據湯姆生模型計算的結果：電根據湯姆生模型計算的結果：電子質量很小，對子質量很小，對 粒子的運動方向粒子的運動方向不會發(fā)生明顯影響；由于正電荷均不會發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布，勻分布， 粒子所受庫侖力也很小，粒子所受庫侖力也

16、很小，故故 粒子偏轉角度不會很大粒子偏轉角度不會很大原子的核式結構的提出原子的核式結構的提出在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里子核里帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉 根據盧瑟福的原子結構模型，原子內根據盧瑟福的原子結構模型，原子內部是十分部是十分“空曠空曠”的，舉一個簡單的例子：的，舉一個簡單的例子：體育場原子原子核原子核的電荷和大小原子核的電荷和大小 根據盧瑟福的原子核式模型和根據盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的實驗數據，可以推算粒子

17、散射的實驗數據，可以推算出各種元素原子核的電荷數，還可以估計出原子核的大小。出各種元素原子核的電荷數，還可以估計出原子核的大小。 （1）原子的半徑約為）原子的半徑約為10-10米、原子核半徑約是米、原子核半徑約是10-14米，原子核米，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。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與核外電子數以及該元素在周期表內）原子核所帶正電荷數與核外電子數以及該元素在周期表內的原子序數相等。的原子序數相等。 （3）電子繞核旋轉所需向心力就是核對它的庫侖力。）電子繞核旋轉所需向心力就是核對它的庫侖力。 【反饋練習】 1、在用、在用粒子轟擊金箔的實驗中，盧

18、瑟福觀察到的粒子轟擊金箔的實驗中，盧瑟福觀察到的粒子的運粒子的運動情況是動情況是 A、全部、全部粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進 B、絕大多數、絕大多數粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進，少數發(fā)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進，少數發(fā)生較大偏轉，極少數甚至被彈回生較大偏轉，極少數甚至被彈回 C、少數、少數粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進，絕大多數發(fā)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進，絕大多數發(fā)生較大偏轉，甚至被彈回生較大偏轉，甚至被彈回 D、全部、全部粒子都發(fā)生很大偏轉粒子都發(fā)生很大偏轉答案：答案：B2、盧瑟福、盧瑟福粒子散射實驗的結果粒子散射實驗的結果

19、A、證明了質子的存在、證明了質子的存在B、證明了原子核是由質子和中子組成的、證明了原子核是由質子和中子組成的C、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核上的核上D、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運動、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運動答案：答案：C3、當、當粒子被重核散射時，如圖所示的運動軌跡哪些是不粒子被重核散射時，如圖所示的運動軌跡哪些是不可能存在的可能存在的答案：答案：BC18.3氫原子光譜教學目標教學目標 1、知識與技能、知識與技能 （1）了解光譜的定義和分類； （2）了解氫原子光譜的實驗規(guī)律，知道巴耳末

20、系； （3）了解經典原子理論的困難。 2、過程與方法：、過程與方法：通過本節(jié)的學習，感受科學發(fā)展與進步的坎坷。 3、情感、態(tài)度與價值觀：、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)我們探究科學、認識科學的能力，提高自主學習的意識。 教學重點：教學重點：氫原子光譜的實驗規(guī)律。 教學難點：教學難點：經典理論的困難。 教學方法：教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。 教學用具：教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備。早在早在1717世紀，牛頓就發(fā)現了日光通過三棱世紀，牛頓就發(fā)現了日光通過三棱鏡后的色散現象，并把實驗中得到的鏡后的色散現象，并把實驗中得到的彩色彩色光帶光帶叫做叫做光譜光譜一、光譜一、光譜光譜光譜是電磁

21、輻射（不論是在可見光區(qū)域還是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強度分是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強度分布的記錄。有時只是波長成分的記錄。布的記錄。有時只是波長成分的記錄。發(fā)射光譜可分為兩類：發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜連續(xù)光譜和和明線光明線光譜譜。1.1.發(fā)射光譜發(fā)射光譜物體發(fā)光直接產生的光譜叫做物體發(fā)光直接產生的光譜叫做發(fā)射光發(fā)射光譜。譜。平行光管標度管三棱鏡觀察管分光鏡分光鏡分光鏡原理分析標度管 （1）連續(xù)光譜）連續(xù)光譜 例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、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)熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜光譜。 熾熱的固體、液體及

22、高壓氣體熾熱的固體、液體及高壓氣體的光譜，的光譜，是由是由連續(xù)連續(xù)分布的一切波長的光組成的，這分布的一切波長的光組成的，這種光譜叫做種光譜叫做連續(xù)光譜連續(xù)光譜。2）明線光譜（）明線光譜（原子光譜）原子光譜） 只含有一些只含有一些不連續(xù)的亮線不連續(xù)的亮線的光譜叫的光譜叫做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應不做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應不同波長的光。同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光是明線光譜。明線光譜是譜。明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，也叫，也叫原子光譜原子光譜。高壓電源高壓電源光譜管光譜管各

23、種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，明線明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。光譜的譜線也叫原子的特征譜線。吸吸 收收 光光 譜譜鈉蒸氣光譜中產生的一組暗線，每條光譜中產生的一組暗線，每條暗線的波長都跟那種氣體原子暗線的波長都跟那種氣體原子的特征譜線相對應。的特征譜線相對應。（3）吸收光譜）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）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）通過物質時，通過物質時，某些波長的光被物質吸收后產生的光譜，叫做某些波長的光被物質吸收后產生的光譜，叫做吸收光譜吸收光譜。這表明，。這表明，低溫

24、氣體原子吸收的光，恰好就是這種低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光。原子在高溫時發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線與因此吸收光譜中的暗譜線與明線相明線相對應對應，也是原子的特征譜線。，也是原子的特征譜線。太陽的光譜是吸收光譜。太陽的光譜是吸收光譜。各種光譜各種光譜連續(xù)光譜連續(xù)光譜H的發(fā)射光的發(fā)射光譜譜鈉的發(fā)射鈉的發(fā)射光譜光譜鈉的吸收鈉的吸收光譜光譜太陽的吸太陽的吸收光譜收光譜 光光 譜譜發(fā)射光譜發(fā)射光譜定義：由發(fā)光體直接產生的光譜定義：由發(fā)光體直接產生的光譜連續(xù)光譜連續(xù)光譜產生條件：產生條件：熾熱的固體、液體熾熱的固體、液體和和高壓氣體高壓氣體發(fā)發(fā) 光形成的光形成的光譜的形式：

25、光譜的形式：連續(xù)連續(xù)分布，一切波長的光都有分布，一切波長的光都有線狀光譜線狀光譜（原子光譜）（原子光譜）產生條件：產生條件：稀薄氣體發(fā)光稀薄氣體發(fā)光形成的光譜形成的光譜光譜形式：一些光譜形式：一些不連續(xù)的明線不連續(xù)的明線組成，不同組成，不同元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）吸收光譜吸收光譜定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的光譜光譜產生條件：產生條件：熾熱的白光通過溫度較白光低熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，的氣體后，再再色散色散形成的形成的光譜形式：用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上光譜形式：用分光

26、鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現出現一些暗線一些暗線（與（與特征譜線特征譜線相對應）相對應） 各種光譜的特點及成因：（4）光譜分析）光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據光譜來鑒別物質和確定的化學組成。這以根據光譜來鑒別物質和確定的化學組成。這種方法叫做光譜分析。種方法叫做光譜分析。 原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結構的不原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結構的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結構。結構。研究太陽研究太陽高層大氣高層大氣層所含元層所含元素素氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。氫原子

27、是最簡單的原子，其光譜也最簡單。二、氫原子光譜二、氫原子光譜221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量原子核式結構模型原子核式結構模型與與經典電磁理論經典電磁理論的矛盾的矛盾核外電子繞核運動核外電子繞核運動輻射電磁波輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化輻射電磁波頻率連續(xù)變化事實上事實上：原子是穩(wěn)定的原子是穩(wěn)定的原子光譜是線狀譜原子光譜是線狀譜盧瑟福原子核式模型無法解釋氫原子光譜的規(guī)律。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 譜氫氣返 回18.4玻爾的原子模型教學目標教學目

28、標 1、知識與技能、知識與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內容； （2）了解能級、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。 2、過程與方法：、過程與方法：通過玻爾理論的學習，進一步了解氫光譜的產生。 3、情感、態(tài)度與價值觀：、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)我們對科學的探究精神，養(yǎng)成獨立自主、勇于創(chuàng)新的精神。 教學重點：教學重點：玻爾原子理論的基本假設。 教學難點：教學難點：玻爾理論對氫光譜的解釋。 教學方法：教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。一、玻爾原子理論的基本假設： 1、能級（定態(tài)）假設：原子只能處于一系列不連、能級（定態(tài)）假設：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

29、，電子續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設是針對原子穩(wěn)定性提出的） 2、躍遷假設：原子從一種定態(tài)（設能量為、躍遷假設：原子從一種定態(tài)（設能量為E初初）躍遷）躍遷到另一種定態(tài)（到另一種定態(tài)（設能量為設能量為E終終）時，它輻射（或吸收）時，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，即決定，即 （本假設針對線狀（本假設針對線狀譜提出）譜提出）E初 E終 h v 3 3、軌道量子化假設：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿、軌道量

30、子化假設：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應。原子的定態(tài)是不連續(xù)不同的圓形軌道繞核運動相對應。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。（針對的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。（針對原子核式模型提出，是能級假設的補充）原子核式模型提出，是能級假設的補充） 二、玻爾根據經典電磁理論和牛頓力學計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動時的能量（包括動能和勢能）公式：RN=N R12軌道半徑：軌道半徑：（n=1,2,3)能能 量：量： Enn21E1（n=1,2,3) 式中式中r r1 1、E E1 1、分別代表第一條（即離核最近、分別代

31、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動時的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運動時的能量，的能量，r rn n、E En n 分別代表第分別代表第n n條可能軌道的半徑和條可能軌道的半徑和電子在第電子在第n n條軌道上運動時的能量，條軌道上運動時的能量，n n是正整數，是正整數，叫叫量子數量子數。( (能量級模擬演示）能量級模擬演示）三、氫原子的能級圖（演示）-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/eV氫原子的能級圖氫原子的能級圖賴曼系巴耳末系帕邢系 1、能級：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫它的能級。 2、基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子

32、在離核最近的軌道上運動，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，叫做激發(fā)態(tài)。 4、原子發(fā)光現象：原子從較高的激發(fā)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，這個能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現象。四、能級：夫蘭克夫蘭克赫茲實驗的歷史背景及意義：赫茲實驗的歷史背景及意義： 19111911年，盧瑟福根據年，盧瑟福根據粒子散射實驗，提出了原子核粒子散射實驗，提出了原子核式結構模型。式結構模型。19131913年，玻爾將普朗克量子假說運用到原子年，玻爾將普朗克量子假說運用到原子核式結構模型，建立了與經典理論相違背的兩個重要概念：核式結構模型，建立了與經典理論相

33、違背的兩個重要概念：原子定態(tài)能級和能級躍遷概念。電子在能級之間躍遷時伴原子定態(tài)能級和能級躍遷概念。電子在能級之間躍遷時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)能級間的能量差。隨著英國物理學家埃萬斯對光處兩定態(tài)能級間的能量差。隨著英國物理學家埃萬斯對光譜的研究，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立的實驗方法的驗證。隨后，在必須得到至少兩種獨立的實驗方法的驗證。隨后，在19141914年，德國科學家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣年，德國科學家夫蘭克和

34、他的助手赫茲采用電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法體中原子碰撞的方法( (與光譜研究相獨立與光譜研究相獨立) )，簡單而巧妙地，簡單而巧妙地直接證實了原子能級的存在，從而為玻爾原子理論提供了直接證實了原子能級的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據。有力的證據。 1925 1925年，由于他二人的卓越貢獻，他們獲得了當年，由于他二人的卓越貢獻，他們獲得了當年的諾貝爾物理學獎（年的諾貝爾物理學獎（19261926年于德國洛丁根補發(fā)）。年于德國洛丁根補發(fā)）。夫蘭克夫蘭克- -赫茲實驗至今仍是探索原子內部結構的主要赫茲實驗至今仍是探索原子內部結構的主要手段之一。所以，在近代物理實驗中，仍把它作為傳手段

35、之一。所以，在近代物理實驗中，仍把它作為傳統的經典實驗。統的經典實驗。(JAMES FRANCK)(GUSTAV HERTZ)夫蘭克夫蘭克赫茲實驗的理論基礎赫茲實驗的理論基礎 根據玻爾的原子理論，原子只能處于一系列不連續(xù)根據玻爾的原子理論，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)相應于一定的能量值的穩(wěn)定狀態(tài)之中，其中每一種狀態(tài)相應于一定的能量值Ei(iEi(i=1,2,3)=1,2,3)，這些能量值稱為能級。最低能級所對，這些能量值稱為能級。最低能級所對應的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級所對應的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。應的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級所對應的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。 當原子從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到

36、另一個穩(wěn)定狀態(tài)時就當原子從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)時就會吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定于原子會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)能級間的能量差。所處兩定態(tài)能級間的能量差。 mnEEhv(h為普朗克常數)本實驗中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能量而實現，并滿足能量選擇定則： mnEEeV(為激發(fā)電位為激發(fā)電位)夫蘭克夫蘭克- -赫茲實驗玻璃容器充以需測量的氣體，本實赫茲實驗玻璃容器充以需測量的氣體，本實驗用的是汞。電子由陰級驗用的是汞。電子由陰級K K發(fā)出，發(fā)出，K K與柵極與柵極G G之間有加速之間有加速電場，電場，G G與接收極與接收極A A之間有

37、減速電場。當電子在之間有減速電場。當電子在KGKG空間經空間經過加速、碰撞后，進入過加速、碰撞后，進入KGKG空間時，能量足以沖過減速電空間時，能量足以沖過減速電場，就成為電流計的電流。場，就成為電流計的電流。實驗原理：實驗原理： 改進的夫蘭克改進的夫蘭克- -赫茲赫茲管的基本結構見右圖。管的基本結構見右圖。電子由陰極電子由陰極K K發(fā)出，陰極發(fā)出，陰極K K和第一柵極和第一柵極G1G1之間的加之間的加速電壓速電壓VGVG1 1K K及與第二柵極及與第二柵極G G2 2之間的加速電壓之間的加速電壓VGVG2 2K K使使電子加速。在板極電子加速。在板極A A和第和第二柵極二柵極G G2 2之間

38、可設置減速之間可設置減速電壓電壓VGVG2A2A。AVVG1KKVG2KG1VG2AG2電子汞原子A燈絲夫蘭克赫茲管結構圖 設汞原子的基態(tài)能量為設汞原子的基態(tài)能量為E E0 0，第一激發(fā)態(tài)的能量為，第一激發(fā)態(tài)的能量為E E1 1，初速為零，初速為零的電子在電位差為的電子在電位差為V V的加速電場作用下，獲得能量為的加速電場作用下，獲得能量為eVeV，具有這種，具有這種能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞，當電子能量能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞，當電子能量eVeVE r rb b，則在此過，則在此過程中（程中（ ） A A、原子要發(fā)出一系列頻率的光子、原子要發(fā)出一系列頻率的光子 B B、原子要吸收一系列頻率

39、的光子、原子要吸收一系列頻率的光子 C C、原子要發(fā)出某一頻率的光子、原子要發(fā)出某一頻率的光子 D D、原子要吸收某一頻率的光子、原子要吸收某一頻率的光子C18.5激光教學目標教學目標 1、知識與技能、知識與技能 （1）了解激光產生的機理；（2）通過閱讀，收集整理相關資料，認識激光器的構成和常見激光器。 2、過程與方法、過程與方法 （1）通過課外閱讀，收集整理有關激光應用的資料，培養(yǎng)加工處理信息的能力； （2）通過對激光的特點及應用的學習，培養(yǎng)應用物理知識解決實際問題的能力。 3、情感、態(tài)度與價值觀：、情感、態(tài)度與價值觀：通過對激光應用的學習，使學生感受到科學知識的無究力量，培養(yǎng)熱愛科學的品質

40、。 教學重點：教學重點：激光產生的機理。 教學難點：教學難點：激光產生的機理。 教學方法：教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。 教學用具：教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備。一、激光一、激光 1、概念：、概念： 激光準確內涵是激光準確內涵是“來自受激輻射的放大、來自受激輻射的放大、增強的光增強的光”。 英文全稱為英文全稱為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 縮寫為縮寫為Laser，中文也常音譯為，中文也常音譯為“鐳射鐳射”。 2、產生機理：、產生機理： 激光的產生原理是利用了物質激光的產生原理是利用了物質原子受激輻射原子受激輻射后發(fā)生躍遷后發(fā)生躍遷的特性。的特性。 特點作用應用實例相干光 可進行調制、傳遞信息光纖通信平行度非常好傳播很遠距離能保持一定強度，可精確測距測速激光雷達可會聚于很小的一點，記錄信息密度高DVD、CD、VCD機，計算機光驅亮度高可在很小空間短時間內集中很大能量激光切割、焊接、打孔醫(yī)療手術產生高壓引起核聚變人工控制聚變反應二。激光產生的機理二。激光產生的機理（抽運裝置）激活介質鉻離子經過兩次躍遷處于E2能級波長694.3nm激光工作物質激光工作物質全全反反射射鏡鏡半半反反射射鏡鏡激光工作原理激光工作原理：out光放大原理光放大原理（諧振腔有選頻作用）