高中物理新人教版選修- 5系列課件第十八章原子結(jié)構(gòu)18.1電子的發(fā)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能 （1）了解陰極射線及電子發(fā)現(xiàn)的過程； （2）知道湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo)。 2、過程與方法：、過程與方法：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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(jià)值觀：、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：理解人類對(duì)原子的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程，根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說。人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識(shí)原子的。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：陰極射線的研究。 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的理論推導(dǎo)。 教學(xué)方法：教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示和啟發(fā)式綜合教學(xué)法。 教學(xué)用具：教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。 19世紀(jì)是電磁學(xué)大發(fā)展的時(shí)期世紀(jì)是電磁學(xué)大發(fā)展的時(shí)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(xué)家的注意，問題涉及低壓氣也吸引了許多科學(xué)家的注意，問題涉及低壓氣體放電現(xiàn)象，于是，人們競相研究與低壓氣體體放電現(xiàn)象，于是，人們競相研究與低壓氣體發(fā)電現(xiàn)象有關(guān)的問題。發(fā)電現(xiàn)象有關(guān)的問題。 陰極射線陰極射線是低壓氣體放電過程中出現(xiàn)的是低壓氣體放電過程中出現(xiàn)的一種奇特現(xiàn)象，德國物理學(xué)家一種奇特現(xiàn)象，德國物理學(xué)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(shí)年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)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(duì)其本性對(duì)其本性的研究形成了的研究形成了英國英國學(xué)派的微學(xué)派的微粒說和粒說和德國德國學(xué)學(xué)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(duì)其本性的研究導(dǎo)致了對(duì)其本性的研究導(dǎo)致了英國英國學(xué)派的微粒說和學(xué)派的微粒說和德德國國學(xué)派的以太。學(xué)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(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)該怎么做？實(shí)驗(yàn)該怎么做？ J.J.湯姆孫對(duì)陰極射線湯姆孫對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。他確認(rèn)陰極射線是帶電的粒子。自究。他確認(rèn)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(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)：確定荷質(zhì)比進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)：確定荷質(zhì)比經(jīng)檢驗(yàn)為經(jīng)檢驗(yàn)為負(fù)電荷負(fù)電荷MN一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)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(jìn)垂直進(jìn)入磁場入磁場B B中中, ,2vmevBr在平行板在平行板MNMN間產(chǎn)生豎直向上的電場間產(chǎn)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,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電場和磁場的強(qiáng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電場和磁場的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果：年得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 荷質(zhì)比約為質(zhì)子的荷質(zhì)比約為質(zhì)子的20002000倍倍實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果：荷質(zhì)比約為質(zhì)子的：荷質(zhì)比約為質(zhì)子的20002000倍倍 進(jìn)一步分析進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：是電荷比實(shí)驗(yàn)結(jié)果：是電荷比質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子??？（測量）質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子??？（測量） 進(jìn)一步拓展研究對(duì)象：用不同的材進(jìn)一步拓展研究對(duì)象：用不同的材料做陰極做實(shí)驗(yàn)，光電效應(yīng)、熱離子發(fā)料做陰極做實(shí)驗(yàn)，光電效應(yīng)、熱離子發(fā)射效應(yīng)、射線（研究對(duì)象射效應(yīng)、射線（研究對(duì)象普遍化普遍化）。）。實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)單元。是比原子跟基本的物質(zhì)單元。 美國科學(xué)家美國科學(xué)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(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為：量為： m=9.1094m=9.109410103131 kg kg 回顧：回顧： 公元前公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特德謨克利特等人認(rèn)為等人認(rèn)為 ：萬物是由：萬物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。 19世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心子學(xué)說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心球體球體,物質(zhì)由原子組成物質(zhì)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(xué)變化中在化學(xué)變化中原子不可分割原子不可分割,他們的性質(zhì)在他們的性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中保持不變?；瘜W(xué)反應(yīng)中保持不變。 電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因?yàn)檫@一事電子的發(fā)現(xiàn)具有偉大的意義，因?yàn)檫@一事件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學(xué)的大門電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學(xué)的大門 ,人們?nèi)藗冮_始研究原子的結(jié)構(gòu)開始研究原子的結(jié)構(gòu) . 他被科學(xué)界譽(yù)為他被科學(xué)界譽(yù)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(xué)大門的偉人粒子物理學(xué)大門的偉人”J.J.湯姆生對(duì)電子的研究過程和方法湯姆生對(duì)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(jìn)了赫茲的靜電場偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，他進(jìn)一湯姆生還改進(jìn)了赫茲的靜電場偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，他進(jìn)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(zhuǎn)。得出陰極射線帶負(fù)電。于獲得了穩(wěn)定的靜電偏轉(zhuǎn)。得出陰極射線帶負(fù)電。 定量研究定量研究 ： 計(jì)算出陰極射線的荷質(zhì)比計(jì)算出陰極射線的荷質(zhì)比e/m。 普遍性證明普遍性證明 習(xí)題習(xí)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(qiáng)磁場，勻強(qiáng)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(gè)坐標(biāo)系，原點(diǎn)是，在熒光屏上建立一個(gè)坐標(biāo)系，原點(diǎn)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(zhì)比相同的粒子沿質(zhì)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(diǎn)，求：）點(diǎn)，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）粒子的荷質(zhì)比？）粒子的荷質(zhì)比？3,36LLOOO OM MN N思考與研討思考與研討習(xí)題習(xí)題2 2：示波管中電子槍的原理圖如圖。管內(nèi)為空，示波管中電子槍的原理圖如圖。管內(nèi)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(shì)點(diǎn)的加速陽極，為接在高電勢(shì)點(diǎn)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(jīng)加速后從子經(jīng)加速后從K K的小孔中射出時(shí)的速度大小為的小孔中射出時(shí)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，則離開時(shí)速不變，則離開時(shí)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(shí)速不變，則離開時(shí)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(shí)速率減半，則離開時(shí)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(shí)速率減半，則離開時(shí)速率變?yōu)樽優(yōu)?.707v0.707vA AK KU U18.2原子的核式結(jié)構(gòu)模型教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能 （1）了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)； （2）知道粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，及原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。 2、過程與方法、過程與方法 （1）通過對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的分析中歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力； （2）通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會(huì)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(xué)發(fā)展過程中的作用； （3）了解研究微觀現(xiàn)象。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 （1）通過對(duì)原子模型演變的歷史的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)家們細(xì)致、敏銳的科學(xué)態(tài)度和不畏權(quán)威、尊重事實(shí)、尊重科學(xué)的科學(xué)精神； （2）通過對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)的不斷深入，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)是不斷擴(kuò)大和加深的，領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對(duì)科學(xué)發(fā)展的重要意義。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)： （1）引導(dǎo)學(xué)生自主思考討論在于對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu)； （2）在教學(xué)中滲透和讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)研究方法，滲透三個(gè)物理學(xué)方法：模型方法，黑箱方法和微觀粒子的碰撞方法。 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)： 引導(dǎo)學(xué)生小組自主思考討論在于對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu) 教學(xué)方法：教學(xué)方法： 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 教學(xué)用具：教學(xué)用具： 投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。十九世紀(jì)末，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并十九世紀(jì)末，湯姆生發(fā)現(xiàn)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的組成部分由于電子是帶負(fù)電的，而原子又是中性電子是帶負(fù)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(zhì)那么這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)的物質(zhì)那么這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)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(gè)球體；正電核一個(gè)球體；正電核均勻分布在整個(gè)球均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子都象布內(nèi)，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(nèi)。鑲嵌在內(nèi)。 1909 190919111911年，英國物年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了手們進(jìn)行了 粒子散射粒子散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)盧盧瑟瑟福福著名的著名的 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)著名的著名的 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果絕大多數(shù)絕大多數(shù) 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(jìn)，但少數(shù)來的方向前進(jìn)，但少數(shù) 粒子發(fā)生粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù) 粒粒子的偏轉(zhuǎn)超過了子的偏轉(zhuǎn)超過了90，有的甚至幾，有的甚至幾乎達(dá)到乎達(dá)到180。葡萄干布丁模型能否解釋？根據(jù)湯姆生模型計(jì)算的結(jié)果：電根據(jù)湯姆生模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì)子質(zhì)量很小，對(duì) 粒子的運(yùn)動(dòng)方向粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均不會(huì)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，粒子所受庫侖力也很小，故故 粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大原子的核式結(jié)構(gòu)的提出原子的核式結(jié)構(gòu)的提出在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里子核里帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn) 根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分部是十分“空曠空曠”的，舉一個(gè)簡單的例子：的，舉一個(gè)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(jù)盧瑟福的原子核式模型和根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)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(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。的原子序數(shù)相等。 （3）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對(duì)它的庫侖力。）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對(duì)它的庫侖力。 【反饋練習(xí)】 1、在用、在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的粒子的運(yùn)粒子的運(yùn)動(dòng)情況是動(dòng)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(jìn)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn) B、絕大多數(shù)、絕大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回 C、少數(shù)、少數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回 D、全部、全部粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案：答案：B2、盧瑟福、盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果A、證明了質(zhì)子的存在、證明了質(zhì)子的存在B、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)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(yùn)動(dòng)、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)答案：答案：C3、當(dāng)、當(dāng)粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動(dòng)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(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能 （1）了解光譜的定義和分類； （2）了解氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道巴耳末系； （3）了解經(jīng)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(xué)習(xí)，感受科學(xué)發(fā)展與進(jìn)步的坎坷。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)我們探究科學(xué)、認(rèn)識(shí)科學(xué)的能力，提高自主學(xué)習(xí)的意識(shí)。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：經(jīng)典理論的困難。 教學(xué)方法：教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 教學(xué)用具：教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。早在早在1717世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)中得到的鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度分是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時(shí)只是波長成分的記錄。布的記錄。有時(shí)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(chǎn)生的光譜叫做物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光發(fā)射光譜。譜。平行光管標(biāo)度管三棱鏡觀察管分光鏡分光鏡分光鏡原理分析標(biāo)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(duì)應(yīng)不做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對(duì)應(yīng)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(chǎn)生的一組暗線，每條光譜中產(chǎn)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(duì)應(yīng)。的特征譜線相對(duì)應(yīng)。（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(zhì)時(shí)，通過物質(zhì)時(shí)，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜吸收光譜。這表明，。這表明，低溫氣體原子吸收的光，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(shí)發(fā)出的光。原子在高溫時(shí)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(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)，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(chǎn)生的光譜定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜連續(xù)光譜連續(xù)光譜產(chǎn)生條件：產(chǎn)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：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(chǎn)生條件：產(chǎn)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(zhì)吸收后產(chǎn)生的定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜光譜產(chǎn)生條件：產(chǎn)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(shí)，見到連續(xù)光譜背景上光譜形式：用分光鏡觀察時(shí)，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)出現(xiàn)一些暗線一些暗線（與（與特征譜線特征譜線相對(duì)應(yīng)）相對(duì)應(yīng)） 各種光譜的特點(diǎn)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(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)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(jié)構(gòu)的不原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)模型原子核式結(jié)構(gòu)模型與與經(jīng)典電磁理論經(jīng)典電磁理論的矛盾的矛盾核外電子繞核運(yùn)動(dòng)核外電子繞核運(yùn)動(dòng)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(shí)上事實(shí)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(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能 （1）了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容； （2）了解能級(jí)、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(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解氫光譜的產(chǎn)生。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)我們對(duì)科學(xué)的探究精神，養(yǎng)成獨(dú)立自主、勇于創(chuàng)新的精神。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：玻爾原子理論的基本假設(shè)。 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋。 教學(xué)方法：教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。一、玻爾原子理論的基本假設(shè)： 1、能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不連、能級(jí)（定態(tài)）假設(shè)：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，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(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的） 2、躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為、躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)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(shè)能量為設(shè)能量為E終終）時(shí)，它輻射（或吸收）時(shí)，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(shè)針對(duì)線狀（本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出）譜提出）E初 E終 h v 3 3、軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿、軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。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(duì)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。（針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充）原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充） 二、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)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(yùn)動(dòng)時(shí)的能量（包括動(dòng)能和勢(shì)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(yùn)動(dòng)時(shí)的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，n n是正整數(shù)，是正整數(shù)，叫叫量子數(shù)量子數(shù)。( (能量級(jí)模擬演示）能量級(jí)模擬演示）三、氫原子的能級(jí)圖（演示）-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/eV氫原子的能級(jí)圖氫原子的能級(jí)圖賴曼系巴耳末系帕邢系 1、能級(jí)：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)。 2、基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，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(jí)，叫做激發(fā)態(tài)。 4、原子發(fā)光現(xiàn)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(gè)能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。四、能級(jí)：夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義：赫茲實(shí)驗(yàn)的歷史背景及意義： 19111911年，盧瑟福根據(jù)年，盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。式結(jié)構(gòu)模型。19131913年，玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子年，玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念：核式結(jié)構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個(gè)重要概念：原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念。電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)伴原子定態(tài)能級(jí)和能級(jí)躍遷概念。電子在能級(jí)之間躍遷時(shí)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(jí)間的能量差。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對(duì)光處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對(duì)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(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在必須得到至少兩種獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。隨后，在19141914年，德國科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣年，德國科學(xué)家夫蘭克和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(dú)立與光譜研究相獨(dú)立) )，簡單而巧妙地，簡單而巧妙地直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在，從而為玻爾原子理論提供了直接證實(shí)了原子能級(jí)的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)。有力的證據(jù)。 1925 1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（19261926年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。夫蘭克夫蘭克- -赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要赫茲實(shí)驗(yàn)至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。所以，在近代物理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳手段之一。所以，在近代物理實(shí)驗(yàn)中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。(JAMES FRANCK)(GUSTAV HERTZ)夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)赫茲實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ) 根據(jù)玻爾的原子理論，原子只能處于一系列不連續(xù)根據(jù)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(yīng)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(yīng)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(jí)。最低能級(jí)所對(duì)，這些能量值稱為能級(jí)。最低能級(jí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級(jí)所對(duì)應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。 當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)就當(dāng)原子從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)就會(huì)吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定于原子會(huì)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(jí)間的能量差。所處兩定態(tài)能級(jí)間的能量差。 mnEEhv(h為普朗克常數(shù))本實(shí)驗(yàn)中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能量而實(shí)現(xiàn)，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(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測量的氣體，本實(shí)赫茲實(shí)驗(yàn)玻璃容器充以需測量的氣體，本實(shí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級(jí)驗(yàn)用的是汞。電子由陰級(jí)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之間有減速電場。當(dāng)電子在之間有減速電場。當(dāng)電子在KGKG空間經(jīng)空間經(jīng)過加速、碰撞后，進(jìn)入過加速、碰撞后，進(jìn)入KGKG空間時(shí)，能量足以沖過減速電空間時(shí)，能量足以沖過減速電場，就成為電流計(jì)的電流。場，就成為電流計(jì)的電流。實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理： 改進(jìn)的夫蘭克改進(jìn)的夫蘭克- -赫茲赫茲管的基本結(jié)構(gòu)見右圖。管的基本結(jié)構(gòu)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之間可設(shè)置減速之間可設(shè)置減速電壓電壓VGVG2A2A。AVVG1KKVG2KG1VG2AG2電子汞原子A燈絲夫蘭克赫茲管結(jié)構(gòu)圖 設(shè)汞原子的基態(tài)能量為設(shè)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(dāng)電子能量能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞，當(dāng)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(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能 （1）了解激光產(chǎn)生的機(jī)理；（2）通過閱讀，收集整理相關(guān)資料，認(rèn)識(shí)激光器的構(gòu)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(guān)激光應(yīng)用的資料，培養(yǎng)加工處理信息的能力； （2）通過對(duì)激光的特點(diǎn)及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過對(duì)激光應(yīng)用的學(xué)習(xí)，使學(xué)生感受到科學(xué)知識(shí)的無究力量，培養(yǎng)熱愛科學(xué)的品質(zhì)。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：激光產(chǎn)生的機(jī)理。 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：激光產(chǎn)生的機(jī)理。 教學(xué)方法：教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 教學(xué)用具：教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。一、激光一、激光 1、概念：、概念： 激光準(zhǔn)確內(nèi)涵是激光準(zhǔn)確內(nèi)涵是“來自受激輻射的放大、來自受激輻射的放大、增強(qiáng)的光增強(qiáng)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(chǎn)生機(jī)理：、產(chǎn)生機(jī)理： 激光的產(chǎn)生原理是利用了物質(zhì)激光的產(chǎn)生原理是利用了物質(zhì)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(diǎn)作用應(yīng)用實(shí)例相干光 可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息光纖通信平行度非常好傳播很遠(yuǎn)距離能保持一定強(qiáng)度，可精確測距測速激光雷達(dá)可會(huì)聚于很小的一點(diǎn)，記錄信息密度高DVD、CD、VCD機(jī)，計(jì)算機(jī)光驅(qū)亮度高可在很小空間短時(shí)間內(nèi)集中很大能量激光切割、焊接、打孔醫(yī)療手術(shù)產(chǎn)生高壓引起核聚變?nèi)斯た刂凭圩兎磻?yīng)二。激光產(chǎn)生的機(jī)理二。激光產(chǎn)生的機(jī)理（抽運(yùn)裝置）激活介質(zhì)鉻離子經(jīng)過兩次躍遷處于E2能級(jí)波長694.3nm激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì)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）