高中物理原子结构全章课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子的发现,电子的发现,教学目标,1,、知识与技能,（,1,）了解阴极射线及电子发现的过程；,（,2,）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导2,、过程与方法：,培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子3,、情感、态度与价值观：,理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的教学重点：,阴极射线的研究教学难点：,汤姆孙发现电子的理论推导教学方法：,实验演示和启发式综合教学法教学用具：,投影片，多媒体辅助教学设备教学目标1、知识与技能,19,世纪是电磁学大发展的时期,到七、八十年代电气工业开始有了发展,其中电气照明也吸引了许多科学家的注意，问题涉及低压气体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体发电现象有关的问题阴极射线,是低压气体放电过程中出现的一种奇特现象，德国物理学家,J.,普吕克尔在,1858,年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的,.,从低压气体放电管阴极发出一种射线。

阴极射线,对其本性的研究形成了,英国,学派的微粒说和,德国,学派的以太说1876,年，戈德斯坦的研究阴极射线是低压气体放电过程中出现的一种奇特现,阴极射线,对其本性的研究导致了,英国,学派的微粒说和,德国,学派的以太粒子和电磁波有什么区别？,实验,实验该怎么做？,阴极射线 对其本性的研究导致了英国学派的微粒说和,J.J.,汤姆孙对阴极射线,进行了一系列的实验研究他确认阴极射线是带电的粒子自,1890,年起开始研究J.J.汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验研,M,N,气体放电管,-,+,进一步做实验：确定荷质比,经检验为,负电荷,MN气体放电管-+进一步做实验：确定荷质比经检验为负电荷,M,N,一个质量为,m,电量为,e,的带电粒子,以速度,v,垂直进入磁场,B,中,在平行板,MN,间产生竖直向上的电场,E,在垂直电场向外的方向上加一磁场,B,适当地调节电场和磁场的强度,可以测出速度大小,V=,E/B,+,-,1897,年得到实验结果：,荷质比约为质子的,2000,倍,MN一个质量为m,电量为e的带电粒子,以速度v垂直进入磁场B,实验结果,：荷质比约为质子的,2000,倍,进一步分析,实验结果：是电荷比质子大？还是质量比质子小？（测量）,进一步拓展研究对象：用不同的材料做阴极做实验，光电效应、热离子发射效应、射线（研究对象,普遍化,）。

实验结论,：电子是原子的组成部分，是比原子跟基本的物质单元实验结果：荷质比约为质子的2000倍 进一步分析实验结,美国科学家,密立根,又精确地测定了电子的电量：,e=1.602210,19,C,根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：,m=9.109410,31,kg,美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量：,回顾：,公元前,5,世纪，希腊哲学家,德谟克利特,等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子19,世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体,物质由原子组成,原子不能被创造,也不能被毁灭,在化学变化中,原子不可分割,他们的性质在化学反应中保持不变回顾：19世纪初，英国科学家,电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物电子的发现打开了通向原子物理学的大门,人们开始研究原子的结构,.,他被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”,电子的发现具有伟大的意义，因为这一事件使人们认,J.J.,汤姆生对电子的研究过程和方法,定性研究：,J.J.,汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转实验，他进一步提高了真空度，并且减小极间电压，以防止气体电离，终于获得了稳定的静电偏转。

得出阴极射线带负电定量研究：,计算出阴极射线的荷质比,e/m,普遍性证明,J.J.汤姆生对电子的研究过程和方法定性研究：,习题,1,：,如图，在两平行板间有平行的均匀电场,E,，匀强磁场,B,MN,是荧光屏，中心为,O,，,OO=L,，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是,O,，,y,轴向上，,x,轴垂直纸面向外，一束速度,、,荷质比相同的粒子沿,OO,方向从,O,射入，打在,屏上,P,（,-,）点，求：,（,1,）粒子带何种电荷？,（,2,）,B,的方向？,（,3,）粒子的荷质比？,O,O,M,N,思考与研讨,习题1：如图，在两平行板间有平行的均匀电场E，匀强磁场BM,习题,2,：,示波管中电子枪的原理图如图管内为空，,A,为发射热电子的阴极，,K,为接在高电势点的加速阳极，,A,、,K,间电压为,U,电子离开阴极是速度可以忽略，电子经加速后从,K,的小孔中射出时的速度大小为,v,，下面说法正确的是：,()A,、如果,A,、,K,间距离减半，电压,U、,不变，则离开时速率变为,2v B,、如果,A,、,K,间距离减半，电压,U、,不变，则离开时速率变为,v/2 C,、如果,A,、,K,间距离不变，电压,U,减半，则离开时速率变为,2v D,、如果,A,、,K,间距离不变，电压,U,减半，则离开时速率变为,0.707v,A,K,U,习题2：示波管中电子枪的原理图如图。

管内为空，A为发射热电子,18.2,原子的核式结构模型,18.2原子的核式结构模型,教学目标,1,、知识与技能,（,1,）了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据；,（,2,）知道粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容2,、过程与方法,（,1,）通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力；,（,2,）通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用；,（,3,）了解研究微观现象3,、情感、态度与价值观,（,1,）通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神；,（,2,）通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义教学目标 1、知识与技能,教学重点：,（,1,）引导学生自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构；,（,2,）在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法。

教学难点：,引导学生小组自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构,教学方法：,教师启发、引导，学生讨论、交流教学用具：,投影片，多媒体辅助教学设备教学重点：,汤姆生的原子模型,十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原子的组成部分由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质那么这两种物质是怎样构成原子的呢？,汤姆生的原子模型十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原,汤姆生的原子模型,电子,正电荷,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汤姆生的原子模型电子正电荷 在汤姆生的原子模型,粒子散射实验,1909,1911,年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了,粒子散射实验,卢瑟福,著名的,粒子散射实验,粒子散射实验 19091911年，英国物理学家卢瑟福和,著名的,粒子散射实验,著名的 粒子散射实验,粒子散射实验的结果,绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数 粒子发生了较大的偏转，并且有极少数 粒子的偏转超过了,90,，有的甚至几乎达到,180,。

粒子散射实验的结果绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的,葡萄干布丁模型能否解释？,根据汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对,粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，,粒子所受库仑力也很小，故,粒子偏转角度不会很大,葡萄干布丁模型能否解释？根据汤姆生模型计算的结果：电子质,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,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,高中物理原子结构全章课件,原子核的核式结构,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,原子核,原子核的核式结构 根据卢瑟福的原子结构模型,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。

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,【反馈练习】,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,【反馈练习】1、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观,2,、卢瑟福,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,答案：,C,2、卢瑟福粒子散射实验的结果答案：C,3,、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,3、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,18.3,氢原子光谱,18.3氢原子光谱,教学目标,1,、知识与技能,（,1,）了解光谱的定义和分类；,（,2,）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系；,（,3,）了解经典原子理论的困难。

2,、过程与方法：,通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷3,、情感、态度与价值观：,培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识教学重点：,氢原子光谱的实验规律教学难点：,经典理论的困难教学方法：,教师启发、引导，学生讨论、交流教学用具：,投影片，多媒体辅助教学设备教学目标 1、知识与技能,早在,17,世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的,彩色光带,叫做,光谱,早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实,一、光谱,光谱,是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录有时只是波长成分的记录发射光谱可分为两类：,连续光谱,和,明线光谱,1.,发射光谱,物体发光直接产生的光谱叫做,发射光谱一、光谱光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域,平行光管,标度管,三棱镜,观察管,分光镜,平行光管标度管三棱镜观察管分光镜,分光镜原理分析,标度管,分光镜原理分析标度管,（,1,）连续光谱,例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱,炽热的固体、液体及高压气体,的光谱，是由,连续,分布的一切波长的光组成的，这种光谱叫做,连续光谱,。

1）连续光谱 炽热的固体、液体及高压气体的光谱，是由连续分,2,）明线光谱（,原子光谱）,只含有一些,不连续的亮线,的光谱叫做明线光谱明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱,是明线光谱明线光谱是,由游离状态的原子发射的,，也叫,原子光谱,高压电源,光谱管,2）明线光谱（原子光谱）只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明,各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，,明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线光谱的谱线,吸 收 光 谱,钠蒸气,光谱中产生的一组暗线，每条,暗线的波长都跟那种气体原子,的特征谱线相对应吸 收 光 谱钠蒸气光谱中产生的一组暗线，每条,（,3,）吸收光谱,高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，,某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱,这表明，,低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光因此吸收光谱中的暗谱线与,明线相对应,，也是原子的特征谱线太阳的光谱是吸收光谱3）吸收光谱 高温物体发出的白光（其中包含连,各种光谱,连续光谱,H,的发射光谱,钠的发射光谱,钠的吸收光谱,太阳的吸收光谱,各种光谱,光 谱,发射光谱,定义：由发光体直接产生的光谱,连续光谱,产生条件：,炽热的固体、液体,和,高压气体,发 光形成的,光谱的形式：,连续,分布，一切波长的光都有,线状光谱,（原子光谱）,产生条件：,稀薄气体发光,形成的光谱,光谱形式：一些,不连续的明线,组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）,吸收光谱,定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱,产生条件：,炽热的白光通过温度较白光低,的气体后，再,色散,形成的,光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现,一些暗线,（与,特征谱线,相对应）,各种光谱的特点及成因：,光 谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱产生,（,4,）光谱分析,由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。

这种方法叫做光谱分析原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构研究太阳高层大气层所含元素,（4）光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，,氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单二、氢原子光谱,氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单二、氢原子光谱,三、卢瑟福模型的困难,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,辐射电磁波,电子轨道半径连续变小,原子不稳定,辐射电磁波频率连续变化,事实上,：,原子是稳定的,原子光谱是线状谱,卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律三、卢瑟福模型的困难原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾核外,氢 气 的 吸 收 光 谱,氢气,氢 气 的 吸 收 光 谱氢气,18.4,玻尔的原子模型,18.4玻尔的原子模型,教学目标,1,、知识与技能,（,1,）了解玻尔原子理论的主要内容；,（,2,）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念2,、过程与方法：,通过玻尔理论的学习，进一步了解氢光谱的产生3,、情感、态度与价值观：,培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神教学重点：,玻尔原子理论的基本假设教学难点：,玻尔理论对氢光谱的解释。

教学方法：,教师启发、引导，学生讨论、交流教学目标 1、知识与技能,一、玻尔原子理论的基本假设：,1,、能级（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,本假设是针对原子稳定性提出的）,2,、跃迁假设：原子从一种定态（设能量为,E,初,）跃迁到另一种定态（,设能量为,E,终,）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 （本假设针对线状谱提出）,E,初,E,终,h v,3,、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）,一、玻尔原子理论的基本假设：1、能级（定态）假设：,二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：,r,n,=n r,1,2,轨道半径：,（,n=1,2,3),能 量：,E,n,n,2,1,E,1,（,n=1,2,3),式中,r,1,、,E,1,、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，,r,n,、,E,n,分别代表第,n,条可能轨道的半径和电子在第,n,条轨道上运动时的能量，,n,是正整数，叫,量子数,。

能量级模拟演示）,二、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子,三、氢原子的能级图,（,演示,）,-13.6,-3.4,-1.51,-0.85,-0.54,0 eV,n,E/,eV,三、氢原子的能级图（演示）,氢原子的能级图,赖曼系,巴耳末系,帕邢系,氢原子的能级图赖曼系巴耳末系帕邢系,1,、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的,能级,2,、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫,基态,3,、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，,叫做,激发态4,、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是,原子发光现象,四、能级：,1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级四、能,夫兰克,赫兹实验的历史背景及意义：,1911,年，卢瑟福根据,粒子散射实验，提出了原子核式结构模型1913,年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。

随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证随后，在,1914,年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法,(,与光谱研究相独立,),，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据夫兰克赫兹实验的历史背景及意义：1911年,1925,年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（,1926,年于德国洛丁根补发）夫兰克,-,赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验JAMES FRANCK,),(GUSTAV HERTZ),1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺,夫兰克,赫兹实验的理论基础,根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值,Ei(i=1,2,3),，这些能量值称为能级最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差。

h,为普朗克常数,),本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：,(,为激发电位,),夫兰克赫兹实验的理论基础 根据玻尔的原子理论，原子只,夫兰克,-,赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞电子由阴级,K,发出，,K,与栅极,G,之间有加速电场，,G,与接收极,A,之间有减速电场当电子在,KG,空间经过加速、碰撞后，进入,KG,空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞电,高中物理原子结构全章课件,实验原理：,改进的夫兰克,-,赫兹管的基本结构见右图电子由阴极,K,发出，阴极,K,和第一栅极,G1,之间的加速电压,VG,1,K,及与第二栅极,G,2,之间的加速电压,VG,2,K,使电子加速在板极,A,和第二栅极,G,2,之间可设置减速电压,VG,2A,A,V,V,G1K,K,V,G2K,G,1,V,G2A,G,2,电子,汞原子,A,灯丝,夫兰克,赫兹管结构图,实验原理：改进的夫兰克-赫兹管的基本结构见右图电子,设汞原子的基态能量为,E,0,，第一激发态的能量为,E,1,，初速为零的电子在电位差为,V,的加速电场作用下，获得能量为,eV,，具有这种能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量,eV,r,b,，则在此过程中（）,A,、原子要发出一系列频率的光子,B,、原子要吸收一系列频率的光子,C,、原子要发出某一频率的光子,D,、原子要吸收某一频率的光子,C,5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自,18.5,激光,18.5激光,教学目标,1,、知识与技能,（,1,）了解激光产生的机理；（,2,）通过阅读，收集整理相关资料，认识激光器的构成和常见激光器。

2,、过程与方法,（,1,）通过课外阅读，收集整理有关激光应用的资料，培养加工处理信息的能力；,（,2,）通过对激光的特点及应用的学习，培养应用物理知识解决实际问题的能力3,、情感、态度与价值观：,通过对激光应用的学习，使学生感受到科学知识的无究力量，培养热爱科学的品质教学重点：,激光产生的机理教学难点：,激光产生的机理教学方法：,教师启发、引导，学生讨论、交流教学用具：,投影片，多媒体辅助教学设备教学目标 1、知识与技能,一、激光,1,、概念：,激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、增强的光”英文全称为,Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,缩写为,Laser,，中文也常音译为“镭射”2,、产生机理：,激光的产生原理是利用了物质,原子受激辐射后发生跃迁,的特性一、激光 1、概念：英文全称为缩写为Laser，中文也常音译,高中物理原子结构全章课件,二激光产生的机理,二激光产生的机理,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,（抽运装置）,（抽运装置）,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,激活介质,激活介质,铬离子经过两次跃迁处于,E,2,能级,波长,694.3nm,铬离子经过两次跃迁处于E2能级波长694.3nm,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,激光工作物质,全,反,射,镜,半,反,射,镜,激光工作原理,：,out,光放大原理,激光工作物质全半激光工作原理：out光放大原理,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,高中物理原子结构全章课件,（谐振腔有选频作用）,（谐振腔有选频作用）,高中物理原子结构全章课件,再见,再见,。