《2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 2.4 玻爾的原子模型 能級課件 教科版選修3-5.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 2.4 玻爾的原子模型 能級課件 教科版選修3-5.ppt（70頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、4玻爾的原子模型能級,一、玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論1.玻爾原子模型:(1)電子繞原子核運動的軌道不是任意的,而是一系列_______、_______軌道。(2)電子在這些軌道上繞核運動時,原子是_____的,不_____________,也不吸收能量。,分立的,特定的,穩(wěn)定,向外輻射能量,2.定態(tài):當(dāng)電子在不同軌道上運動時,原子處于不同的狀態(tài)中,具有不同的能量,即原子的能量是_______的,這些量子化的能量值叫作_____。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài),稱為_____。,不連續(xù),能級,定態(tài),3.躍遷:當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em,n>m)時
2、,會放出能量為hν的光子,該光子的能量hν=_____,該式被稱為頻率條件,又稱輻射條件。,En-Em,【想一想】氫原子從高能級向低能級躍遷時,是不是氫原子所處的能級越高,釋放的光子能量就越大?提示:不一定。氫原子從高能級向低能級躍遷時,所釋放的光子的能量一定等于能級差,氫原子所處的能級越高,躍遷時能級差不一定越大,釋放的光子能量也不一定越大。,二、用玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論解釋氫光譜1.解釋巴爾末公式:按照玻爾理論,從高能級躍遷到低能級時輻射的光子的能量為hν=En-Em;巴爾末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級躍遷之前和之后的_________的量子數(shù)n和2。并且理論上的計算和實驗測量的_____
3、______比較符合,同樣,玻爾理論也很好地解釋甚至預(yù)言了氫原子的其他譜線系。,定態(tài)軌道,里德伯常數(shù),2.解釋氫原子光譜的不連續(xù)性:原子從較高能級向低能級躍遷時放出光子的能量等于前后_________,由于原子的能級是_____的,所以放出的光子的能量也是_____的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。能量最低的狀態(tài)叫作_____,其他的能量狀態(tài)叫作_______。,兩能級差,分立,分立,基態(tài),激發(fā)態(tài),【判一判】(1)氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時,總能量變大,電子動能變小,勢能變大。()(2)大量原子從n=5的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時,產(chǎn)生的光譜線條數(shù)是4條。()(3)氫原子核外電子在能級1軌道
4、和能級2軌道運行時,軌道半徑之比為1∶4,軌道能級的絕對值之比為2∶1。(),(4)已知氫原子基態(tài)能量為-13.6eV,用能量為11eV光子的光照射時,可使處于基態(tài)的氫原子電離。(),提示:(1)氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時,電子繞核運動半徑變大,庫侖力做負功,動能減小,勢能增大,吸收光子后才能被激發(fā),總能量增大。故(1)正確。(2)大量原子從激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時,產(chǎn)生的光譜線條數(shù)是N=條,因為n=5,所以N=10條。故(2)錯。,(3)因為rn=n2r1,所以r1∶r2=1∶4,因為En=,所以E1∶E2=4∶1,故(3)錯。(4)氫原子的電離能ΔE=0-(-13.6)eV=13.6eV>11
5、eV,因此處于基態(tài)的氫原子不能電離,故(4)錯。,三、玻爾原子結(jié)構(gòu)理論的意義1.玻爾理論的成功之處:玻爾理論第一次將_________引入原子領(lǐng)域。提出了定態(tài)和躍遷的概念,成功地解釋了_______光譜的實驗規(guī)律。2.玻爾理論的局限性:過多地保留了經(jīng)典理論,即保留經(jīng)典粒子的觀念,把電子的運動看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運動。,量子觀念,氫原子,【想一想】電子在核外的運動真的有固定軌道嗎?玻爾理論中的軌道量子化又如何解釋?提示:在原子內(nèi)部,電子繞核運動并沒有固定的軌道,只不過當(dāng)原子處于不同的定態(tài)時,電子出現(xiàn)在rn=n2r1處的幾率大。,知識點一、對玻爾原子模型的理解思考探究:,如圖是原子的核式結(jié)構(gòu)模
6、型示意圖,請思考以下問題:(1)電子繞核運動,是什么力提供向心力?(2)怎樣才能實現(xiàn)電子從軌道1躍遷到軌道2?(3)怎樣才能實現(xiàn)電子從軌道2躍遷到軌道1?,【歸納總結(jié)】1.軌道量子化:(1)軌道半徑只能是一些不連續(xù)的、某些分立的數(shù)值。(2)氫原子的電子最小軌道半徑為r1=0.053nm,其余可能的軌道半徑還有0.212nm、0.477nm…不可能出現(xiàn)介于這些軌道之間的其他值。(3)軌道半徑公式:rn=n2r1,式中n稱為量子數(shù),對應(yīng)不同的軌道,只能取正整數(shù)。,2.能量量子化:(1)與軌道量子化對應(yīng)的能量不連續(xù)的現(xiàn)象。(2)電子在可能軌道上運動時,盡管是變速運動,但它并不釋放能量,原子是穩(wěn)定的,
7、這樣的狀態(tài)也稱之為定態(tài)。,由于原子的可能狀態(tài)(定態(tài))是不連續(xù)的,具有的能量也是不連續(xù)的,這樣的能量值,稱為能級,能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài),其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。對氫原子,以無窮遠處為勢能零點時,基態(tài)能量E1=-13.6eV。(3)其能級公式:En=,式中n稱為量子數(shù),對應(yīng)不同的軌道,n取值不同,基態(tài)取n=1,激發(fā)態(tài)n=2,3,4…;量子數(shù)n越大,表示能級越高。,(4)En=Ekn+Epn。①電子繞核運動的動能Ekn氫原子中電子繞核運動時,電子與原子核間的庫侖力提供向心力,即氫原子中電子繞核運動時由上式可知,電子繞核運動的半徑r越大,Ek越小。,②電子與原子核間的電勢能Epn當(dāng)電子的軌道半徑增大時
8、,庫侖力做負功,原子的電勢能增大,反之電勢能減小。由此可見,電子在可能的軌道上繞核運動時,r增大,則Ek減少,Ep增大,E增大;反之,r減小,則Ek增大,Ep減少,E減少。與衛(wèi)星繞地球運行相似。,3.躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)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)的能量差決定,即高能級En低能級Em?？梢?電子如果從一個軌道到另一個軌道,不是以螺旋線的形式改變半徑大小到達的,而是從一個軌道上“跳躍”到另一個軌道上。玻爾將這種現(xiàn)象叫作電子的躍遷。,【特別提醒】(1)處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的,而處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。(2)原子的能量與電子的軌道半徑相對應(yīng),軌道半徑大,
9、原子的能量大,軌道半徑小,原子的能量小。,【典例探究】【典例】氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道的過程中()A.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能增大B.原子要放出光子,電子的動能減小,原子的電勢能減小,C.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能減小D.原子要吸收光子,電子的動能減小,原子的電勢能增大,【思路點撥】解答該題應(yīng)注意把握以下三點:(1)核外電子受力應(yīng)根據(jù)庫侖定律分析。(2)原子的能量應(yīng)根據(jù)能級公式分析。(3)結(jié)合能級高低判斷是吸收還是放出光子。,【正確解答】選D?？赏ㄟ^以下表格對選項逐一分析:,【總結(jié)提升】巧解氫原子的結(jié)構(gòu)問題(1)求解電子在某條軌
10、道上的運動動能時,要將玻爾的軌道理論與電子繞核做圓周運動的向心力結(jié)合起來.即用兩公式結(jié)合判定.,(2)求解氫原子吸收一定頻率的光子躍遷時①原子在各定態(tài)之間躍遷時原子躍遷條件hν=En-Em,一次躍遷只能吸收一個光子的能量,且光子能量恰好等于兩能級之差。②當(dāng)原子向電離態(tài)躍遷時,吸收的能量大于或等于原子所處能級的能量的絕對值.即hν≥E∞-Em,入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.一個氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級。該氫原子()A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量減少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量減少,【解析】選B。根據(jù)玻爾理論,氫原子能級越
11、高對應(yīng)的能量越大,當(dāng)氫原子從較高能級向較低能級躍遷時放出光子。,2.根據(jù)玻爾理論,下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()A.若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷,則氫原子要輻射的光子能量為hν=EnB.電子沿某一軌道繞核運動,若圓周運動的頻率為ν,則其發(fā)光的頻率也是ν,C.一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道,已知ra>rb,則此過程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后,將從高能級向低能級躍遷,【解析】選C。原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時,輻射的光子能量等于能級差,與En不同,故A錯;電子沿某一軌道繞核運動,處于某一定態(tài),不向外輻射能量,故B錯
12、;電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道,能級降低,因而要輻射某一頻率的光子,故C正確;原子吸收光子后能量增加,能級升高,故D錯。,知識點二、對原子能級躍遷的討論思考探究:,如圖是氫原子的能級圖,觀察圖片,請思考以下問題:(1)從軌道1躍遷到軌道3需吸收多少能量的光子?(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離至少需要多少能量?(3)一群氫原子由n=6的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷,這些氫原子能發(fā)出幾條光譜線?,【歸納總結(jié)】1.能級躍遷:處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會自發(fā)地向較低能級躍遷,經(jīng)過一次或幾次躍遷到達基態(tài)。所以一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時,可能輻射出的光譜線條數(shù)為:,2.光子的發(fā)射:原子由高能級向低
13、能級躍遷時以光子的形式放出能量,發(fā)射光子的頻率由下式?jīng)Q定。hν=En-Em(Em、En是始末兩個能級且n>m)能級差越大,放出光子的頻率就越高。,3.光子的吸收:由于原子的能級是一系列不連續(xù)的值,任意兩個能級差也是不連續(xù)的,故原子發(fā)射一些特定頻率的光子,同樣也只能吸收一些特定頻率的光子,原子吸收光子后會從較低能級向較高能級躍遷,吸收光子的能量仍滿足hν=En-Em(n>m)。,4.原子能量的變化:當(dāng)軌道半徑減小時,庫侖力做正功,原子的電勢能Ep減小,電子動能增大,原子能量減小;反之,當(dāng)軌道半徑增大時,原子電勢能增大,電子動能減小,原子能量增大。,5.原子躍遷時需注意的三個問題:(1)注意一群原
14、子和一個原子氫原子核外只有一個電子,這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上,在某段時間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個軌道時,可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)。,(2)注意直接躍遷與間接躍遷原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時,有時也可能是直接躍遷,有時也可能是間接躍遷。兩種情況輻射(或吸收)光子的頻率不同。,(3)注意躍遷與電離hν=En-Em只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況,對于光子和原子作用而使原子電離的情況,則不受此條件的限制,這是因為原子一旦電離,原子結(jié)構(gòu)即被破壞,因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如
15、基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離,只,不過入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大。,【特別提醒】實物粒子和原子碰撞時,由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差,就可使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷。,【典例探究】【典例】如圖所示是某原子的能級圖,a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光。在下列該原子光譜的各選項中,譜線從左向右的波長依次增大,則正確的是(),【思路點撥】解答本題時能根據(jù)能級躍遷圖判斷出各種光的能量,進而判斷出波長的大小。,【正確解答】選C。根
16、據(jù)ΔE=hν,能級差越大,波長越小,所以a的波長最小,b的波長最大,答案選C。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為ν1,從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為ν2,已知普朗克常量為h,若氫原子從能級k躍遷到能級m,則()A.吸收光子的能量為hν1+hν2B.輻射光子的能量為hν1+hν2C.吸收光子的能量為hν2-hν1D.輻射光子的能量為hν2-hν1,【解析】選D。由躍遷假設(shè)及題意可知,hν1=Em-En,hν2=Ek-En,紅光頻率ν1小于紫光頻率ν2,所以能級k能量大于能級m能量,所以從能級k到能級m需要輻射光子,A、C兩項錯;hν3=Ek-Em,解三式得:h
17、ν3=hν2-hν1,D項正確。,2.(2015海南高考)氫原子基態(tài)的能量為E1=-13.6eV。大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)。由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中,頻率最大的光子能量為-0.96E1,頻率最小的光子的能量為________eV(保留2位有效數(shù)字),這些光子可具有________種不同的頻率。,【解析】頻率最大的光子能量為-0.96E1,即En-(-13.6eV)=-0.96(-13.6eV),解得En=-0.54eV即n=5,從n=5能級開始,根據(jù)可得共有10種不同頻率的光子。從n=5到n=4躍遷的光子頻率最小,根據(jù)E=E4-E5可得頻率最小的光子的能量為0.31eV。答案:0.3
18、110,【補償訓(xùn)練】原子從一個能級躍遷到一個較低的能級時,有可能不發(fā)射光子,例如在某種條件下,鉻原子的n=2能級上的電子躍遷到n=1能級上時并不發(fā)射光子,而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級上的電子,使之能脫離原子,這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng),以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子,已知鉻原子的能級公式可簡化表示為En=-A/n2,式,中n=1,2,3…,表示不同能級,A是正的已知常數(shù),上述俄歇電子的動能是(),【解析】選C.本題給出了一種新情境,但仍是屬于原子的躍遷.E2=-,E1=-A,E4=-,當(dāng)電子從n=2躍遷到n=1軌道時放出的能量為ΔE=E2-E1=A.用此能量加上俄歇電子電離的能量得俄歇電
19、子的動能Ek=ΔE+E4=。選項C正確。,【溫馨提示】氫原子的躍遷與電離是高考的重點也是熱點,這部分內(nèi)容高考通常以選擇題的形式出現(xiàn),題目主要考查的是對有關(guān)概念的理解,因此在平時的學(xué)習(xí)中一定要加強這方面的訓(xùn)練。,【拓展例題】考查內(nèi)容:躍遷與電離的區(qū)別(1)(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā),下列措施可行的是()A.用12.09eV的光子照射B.用13eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用13eV的電子碰撞,(2)(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子電離,下列措施可行的是()A.用13.6eV的光子照射B.用15eV的光子照射C.用13.6eV的電子碰撞D.用15eV的電子碰撞,【思路點撥】解答本題需
20、按下列思路:,【正確解答】(1)選A、C、D.由躍遷條件知氫原子受激發(fā)躍遷時,只能吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子.根據(jù)氫原子能級圖不難算出12.09eV剛好為氫原子n=1和n=3的兩能級差,而13eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差,因此氫原子只能吸收前者,而不能吸收后者,對于14eV的光子則足以使氫原子電離,電離后的自由電子還具有0.4eV的動能.至于13eV的電子,它,的能量通過碰撞可以部分地被氫原子吸收.綜上所述,選項A、C、D正確。(2)選A、B、D.基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV,則13.6eV的光子被氫原子吸收剛好電離,同理,15eV的光子和15eV的電子均可供氫原子
21、電離。至于13.6eV的電子,碰撞時電子不可能把13.6eV的能量全部傳遞給氫原子,因此用13.6eV的電子碰撞氫原子時,氫原子不能電離.通過以上分析可知選項A、B、D正確.,一個氫原子與一群氫原子在能級分析中的差別1.如果是一個氫原子,該氫原子的核外電子在某時刻只能處在某一個可能的軌道上,由這一軌道向另一軌道躍遷時只能有一種光,但可能發(fā)出的光譜線條數(shù)為(n-1)種。,2.如果是一群氫原子,核外電子在某時刻有多種可能軌道。每一個原子躍遷時只能發(fā)出一種光,多種軌道同時存在,光譜線條數(shù)N=。3.若知道每條光譜線發(fā)光的能量,可根據(jù)已知情況判定光線的波長或光線所在的區(qū)域。,【案例展示】已知氫原子基態(tài)的
22、電子軌道半徑為r1=0.52810-10m,量子數(shù)為n的能級值為En=(1)求電子在基態(tài)軌道上運動時的動能。(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n=4的激發(fā)態(tài)。畫一能級圖,在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線。,(3)計算這幾條光譜線中波長最短的一條光譜線的波長。(其中靜電力恒量k=9.0109Nm2/C2,電子電量e=1.610-19C,普朗克恒量h=6.6310-34Js,真空中光速c=3.0108m/s),【正確解答】(1)設(shè)電子的質(zhì)量為m,電子在基態(tài)軌道上的速率為v1,根據(jù)牛頓第二定律和庫侖定律有=2.1810-18J=13.6eV(2)當(dāng)氫原子從量子數(shù)n=4的能級躍遷到較低能級時,可以得到6條光譜線。如圖所示。,(3)與波長最短的一條光譜線對應(yīng)的能級差為E4-E1。,【易錯分析】本題易錯角度及錯誤原因分析如下:,
2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 2.4 玻爾的原子模型 能級課件 教科版選修3-5.ppt
