第3课时 原子结构
一、原子结构 1.电子的发现
(1)英国物理学家汤姆孙使用气体放电管对阴极射线进行了一系列实验研究。
①让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流并求出其比荷。
②换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。 (2)电子
①组成阴极射线的粒子称为电子。 ②密立根“油滴实验”结论
2.汤姆孙原子模型
汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。 3.α粒子散射实验
(1)实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。 (2)实验现象：
①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进； ②少数α粒子发生了大角度偏转；
③极少数α粒子的偏转角度大于90°，甚至有极个别α粒子几乎被“撞了回来”。
(3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。 4.核式结构模型
1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。
1
5.原子核的电荷与尺度
二、氢原子光谱 1.氢原子光谱的实验规律
巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式量，R＝1.10×10 m，n为量子数。 2.玻尔理论
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量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。
(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10
－34
7
－1
1?11?＝R?2－2?(n＝3，4，5，…)，R是里德伯常λ?2n?
J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是不连续的。 3.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图，如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径
1
①氢原子的能级公式：En＝2E1 (n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。
n②氢原子的半径公式：rn＝nr1 (n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10
－10
2
m。
【思考判断】
1.原子中绝大部分是空的，原子核很小( √ )
2.核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的( √ )
2
3.氢原子光谱是由一条一条亮线组成的( √ )
4.玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱( × ) 5.按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上( × )
6.人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的( √ )
考点一 原子的核式结构模型(－/b) [典例剖析]
【例1】 (多选)如图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法正确的是( )
A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍微少些 C.放在C，D位置时屏上观察不到闪光
D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析 卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验时，得到以下结论：大部分α粒子都能直接穿过金箔，个别的发生偏转，极少数发生大角度的偏转，故A、D正确，B、C错误。 答案 AD
【例2】 关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( ) A.阴极射线本质是氢原子 B.阴极射线本质是电磁波 C.阴极射线本质是电子 D.阴极射线本质是X射线
解析 阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的。 答案 C [针对训练]
1.(多选)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，知道了( ) A.原子具有核式结构 B.原子核内有中子存在
3
C.原子核是由质子和中子组成的 D.在原子中，原子核占有的空间很小
解析 α粒子散射实验结果说明原子是由原子核和核外电子组成的，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，而且原子核占有空间很小，但无法说明原子核的内部结构，因此选项A、D正确，B、C错误。 答案 AD
2.在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是( )
解析 金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对α粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错误，C正确。 答案 C
考点二 氢原子光谱(－/b) 玻尔的原子模型(－/c) [要点突破]
1.解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意：
(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得。若求波长可由公式c＝λν求得。 (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。 (3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 ①用数学中的组合知识求解：N＝Cn＝
2
n（n－1）
。 2
②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。 2.几种跃迁情况说明
(1)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。
(2)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离。当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。
(3)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 [典例剖析]
【例1】 如图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( )
4