高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 波爾的原子模型 能級(jí)課件 教科版選修35

第第4節(jié)玻爾的原子模型能級(jí)節(jié)玻爾的原子模型能級(jí)核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第第4節(jié)節(jié)課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案課標(biāo)定位課標(biāo)定位課標(biāo)定位課標(biāo)定位1.知道玻爾原子理論的基本假設(shè)知道玻爾原子理論的基本假設(shè)2知道能級(jí)、能級(jí)躍遷，會(huì)計(jì)算原子能級(jí)躍遷知道能級(jí)、能級(jí)躍遷，會(huì)計(jì)算原子能級(jí)躍遷時(shí)輻射或吸收光子的能量時(shí)輻射或吸收光子的能量3知道玻爾對(duì)氫光譜的解釋以及玻爾理論的局知道玻爾對(duì)氫光譜的解釋以及玻爾理論的局限性限性課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論一、玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論1定態(tài)：電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道不是任意定態(tài)：電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道不是任意的，而是一系列的，而是一系列_的、的、_的軌道當(dāng)電子的軌道當(dāng)電子在這些軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子是在這些軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子是_的，不向外的，不向外輻射能量，也不吸收能量，這些狀態(tài)稱為定輻射能量，也不吸收能量，這些狀態(tài)稱為定態(tài)態(tài)分立分立特定特定穩(wěn)定穩(wěn)定2光子的能量光子的能量當(dāng)原子中的電子從一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí)，當(dāng)原子中的電子從一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí)，才才_(tái)或或_一個(gè)光子，光子的能量為：一個(gè)光子，光子的能量為：h_式中式中n、m表示量子數(shù)表示量子數(shù)發(fā)射發(fā)射吸收吸收EnEm3軌道量子化軌道量子化圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些_，我們稱之為軌道量子化原子的能量，我們稱之為軌道量子化原子的能量是是_的，這些不同的能量值稱為能級(jí)的，這些不同的能量值稱為能級(jí)分立值分立值不連續(xù)不連續(xù)3基態(tài)、激發(fā)態(tài)基態(tài)、激發(fā)態(tài)能 量 最 低 的 狀 態(tài) 叫能 量 最 低 的 狀 態(tài) 叫 _ _ _ _ ， 其 他 狀 態(tài) 叫 做， 其 他 狀 態(tài) 叫 做_三、玻爾原子結(jié)構(gòu)理論的意義三、玻爾原子結(jié)構(gòu)理論的意義1玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論比較完滿地解釋了氫光玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論比較完滿地解釋了氫光譜，但不能說(shuō)明譜線的強(qiáng)度和偏振情況，在解譜，但不能說(shuō)明譜線的強(qiáng)度和偏振情況，在解釋有兩個(gè)以上電子的原子的復(fù)雜光譜時(shí)也遇到釋有兩個(gè)以上電子的原子的復(fù)雜光譜時(shí)也遇到了困難了困難基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)2玻爾理論將量子概念引入原子模型，推動(dòng)了玻爾理論將量子概念引入原子模型，推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展量子力學(xué)的發(fā)展思考感悟思考感悟玻爾理論很好地解釋了氫原子的光譜而又有其玻爾理論很好地解釋了氫原子的光譜而又有其局限性，對(duì)我們有怎樣的啟示？局限性，對(duì)我們有怎樣的啟示？提示：提示：玻爾理論的成功是引入了量子化觀點(diǎn)，玻爾理論的成功是引入了量子化觀點(diǎn)，不再把電子的軌道看作任意的，軌道是量子化不再把電子的軌道看作任意的，軌道是量子化的，能量是量子化的，但其局限性是由于保留的，能量是量子化的，但其局限性是由于保留了經(jīng)典的粒子觀念和經(jīng)典的規(guī)律這給我們啟了經(jīng)典的粒子觀念和經(jīng)典的規(guī)律這給我們啟示：微觀領(lǐng)域具有不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不能將粒示：微觀領(lǐng)域具有不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不能將粒子看作宏觀的粒子模型，粒子某一時(shí)刻出現(xiàn)在子看作宏觀的粒子模型，粒子某一時(shí)刻出現(xiàn)在什么位置也沒(méi)有確定的坐標(biāo)，只能以在某處出什么位置也沒(méi)有確定的坐標(biāo)，只能以在某處出現(xiàn)的概率表示現(xiàn)的概率表示核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、玻爾的氫原子理論一、玻爾的氫原子理論1軌道量子化軌道量子化圖圖241圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道量子化，例如：立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道量子化，例如：r10.053 nm，r20.212 nm，r30.477 nm，即，即rnn2r1，n1,2,3，如圖如圖241所示所示2定態(tài)及原子能量量子化定態(tài)及原子能量量子化不同的電子軌道對(duì)應(yīng)著不同的原子狀態(tài)，在這不同的電子軌道對(duì)應(yīng)著不同的原子狀態(tài)，在這些狀態(tài)中不向外輻射能量，這就是定態(tài)原子些狀態(tài)中不向外輻射能量，這就是定態(tài)原子在不同的定態(tài)中具有不同的能量，能量是量子在不同的定態(tài)中具有不同的能量，能量是量子化的化的即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)1關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說(shuō)法正確的關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說(shuō)法正確的是是()A原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中B原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的C原子中的核外電子繞核做加速運(yùn)動(dòng)一定向外原子中的核外電子繞核做加速運(yùn)動(dòng)一定向外輻射能量輻射能量D原子中的電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是連續(xù)的原子中的電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是連續(xù)的解析：解析：選選B.玻爾依據(jù)經(jīng)典物理在原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題玻爾依據(jù)經(jīng)典物理在原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題上遇到的困難，引入量子化觀念建立了新的原上遇到的困難，引入量子化觀念建立了新的原子模型理論，主要內(nèi)容為：電子軌道是量子化子模型理論，主要內(nèi)容為：電子軌道是量子化的，原子的能量是量子化的，處在定態(tài)的原子的，原子的能量是量子化的，處在定態(tài)的原子不向外輻射能量，解決了原子遇到的問(wèn)題由不向外輻射能量，解決了原子遇到的問(wèn)題由此可知此可知B正確正確二、原子躍遷注意的幾個(gè)問(wèn)題二、原子躍遷注意的幾個(gè)問(wèn)題1躍遷與電離躍遷與電離躍遷是指原子從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)的變化躍遷是指原子從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)的變化過(guò)程，而電離則是指原子核外的電子獲得一定過(guò)程，而電離則是指原子核外的電子獲得一定能量掙脫原子核的束縛成為自由電子的過(guò)程能量掙脫原子核的束縛成為自由電子的過(guò)程2原子躍遷條件與規(guī)律原子躍遷條件與規(guī)律原子的躍遷條件原子的躍遷條件hE初初E終終，適用于光子和原，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，以子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，以下兩種情況則不受此條件限制下兩種情況則不受此條件限制(1)光子和原子作用而使原子電離的情況光子和原子作用而使原子電離的情況原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再原子一旦電離，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)的理論如基態(tài)氫原子的電遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論如基態(tài)氫原子的電離能為離能為13.6 eV，只要大于或等于，只要大于或等于13.6 eV的光子的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過(guò)都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過(guò)入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大電子的動(dòng)能越大(2)實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)的情況實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)的情況當(dāng)實(shí)物粒子和原子相碰時(shí)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)當(dāng)實(shí)物粒子和原子相碰時(shí)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，均可以使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷，但原均可以使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)間的能量差發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)間的能量差3直接躍遷與間接躍遷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(shí)，原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷兩種情況下輻射遷兩種情況下輻射(或吸收或吸收)光子的頻率可能不光子的頻率可能不同同5躍遷時(shí)電子動(dòng)能、原子勢(shì)能與原子能量的變躍遷時(shí)電子動(dòng)能、原子勢(shì)能與原子能量的變化化當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能電勢(shì)能Ep減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小向外輻射能量反之，軌道半徑增大時(shí)，原子向外輻射能量反之，軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大，電勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大，從外界吸收能量從外界吸收能量即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)2氫原子的能級(jí)圖如圖氫原子的能級(jí)圖如圖242所示，欲使一所示，欲使一處于基態(tài)的氫原子釋放一個(gè)電子而變成氫離子，處于基態(tài)的氫原子釋放一個(gè)電子而變成氫離子，氫原子需要吸收的能量至少是氫原子需要吸收的能量至少是()圖圖242A13.60 eV B10.20 eVC0.54 eV D27.20 eV解析：解析：選選A.要使基態(tài)氫原子電離吸收的能量應(yīng)要使基態(tài)氫原子電離吸收的能量應(yīng)滿足滿足E(13.60 eV)0，E13.60 eV.故故A正正確確課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練氫原子的能級(jí)圖氫原子的能級(jí)圖 用大量具有一定能量的電子轟擊大量用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測(cè)到了一定數(shù)目的處于基態(tài)的氫原子，觀測(cè)到了一定數(shù)目的光譜線光譜線(如圖如圖243所示所示)圖圖243調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)光譜線的調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來(lái)增加了數(shù)目比原來(lái)增加了5條用條用n表示兩次觀測(cè)中最表示兩次觀測(cè)中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，之差，E表示調(diào)高后電子的表示調(diào)高后電子的能量根據(jù)氫原子的能級(jí)圖可以判斷，能量根據(jù)氫原子的能級(jí)圖可以判斷，n和和E的可能值為的可能值為()An1,13.22 eVE13.32 eVBn2,13.22 eVE13.32 eVCn1,12.75 eVE13.06 eVDn2,12.75 eVE13.06 eV【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】依據(jù)氫原子的能級(jí)圖和兩次光依據(jù)氫原子的能級(jí)圖和兩次光譜線的數(shù)目差判斷氫原子所處的最高能級(jí)，從譜線的數(shù)目差判斷氫原子所處的最高能級(jí)，從而得到而得到n；由于是利用電子碰撞使氫原子從基；由于是利用電子碰撞使氫原子從基態(tài)躍遷，電子能量態(tài)躍遷，電子能量E需大于或等于該能級(jí)與基態(tài)需大于或等于該能級(jí)與基態(tài)能級(jí)差能級(jí)差【精講精析精講精析】存在兩種可能，第一種可能從存在兩種可能，第一種可能從n2到到n4，由于是電子轟擊，所以電子的能量，由于是電子轟擊，所以電子的能量必須滿足必須滿足13.6 eV0.85 eVE13.6 eV0.54 eV，故故D項(xiàng)正確；第二種可能是從項(xiàng)正確；第二種可能是從n5到到n6，電，電子能量必須滿足子能量必須滿足13.6 eV0.38 eVE13.6 eV0.28 eV，故，故A項(xiàng)正確項(xiàng)正確【答案答案】AD變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1(2010年高考重慶理綜卷年高考重慶理綜卷)氫原子部氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖分能級(jí)的示意圖如圖244所示不同色光的所示不同色光的光子能量如下表所示光子能量如下表所示.色光色光紅紅橙橙黃黃綠綠藍(lán)藍(lán)靛靛紫紫光子能量光子能量范圍范圍(eV)1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見(jiàn)光范圍內(nèi)僅有見(jiàn)光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為條，其顏色分別為()A紅、藍(lán)紅、藍(lán)靛靛B黃、綠黃、綠C紅、紫紅、紫D藍(lán)藍(lán)靛、紫靛、紫解析：解析：選選A.由題表可知處于可見(jiàn)光范圍的光子由題表可知處于可見(jiàn)光范圍的光子的能量范圍為的能量范圍為1.61 eV3.10 eV，處于某激發(fā)態(tài)，處于某激發(fā)態(tài)的氫原子能級(jí)躍遷時(shí)：的氫原子能級(jí)躍遷時(shí)：E3E2(3.401.51) eV1.89 eV，此范圍為紅光，此范圍為紅光E4E2(3.400.85) eV2.55 eV，此范圍為藍(lán)，此范圍為藍(lán)靛光，故本題靛光，故本題正確選項(xiàng)為正確選項(xiàng)為A. 已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為13.6 eV，核外，核外電子的第一軌道半徑為電子的第一軌道半徑為0.531010 m，電子質(zhì)，電子質(zhì)量量me9.11031 kg，電量為，電量為1.61019 C，求，求電子躍遷到第三軌道時(shí)，氫原子的能量、電子電子躍遷到第三軌道時(shí)，氫原子的能量、電子的動(dòng)能和電子的電勢(shì)能各為多少？的動(dòng)能和電子的電勢(shì)能各為多少？玻爾原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)的綜合問(wèn)題玻爾原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)的綜合問(wèn)題【答案答案】1.51 eV1.51 eV3.02 eV【方法總結(jié)方法總結(jié)】本題中有一個(gè)巧合，即本題中有一個(gè)巧合，即|E3|Ek3|Ep3|/2，其實(shí)這是一個(gè)必然結(jié)論，用其他，其實(shí)這是一個(gè)必然結(jié)論，用其他方法也可推出這一結(jié)論，但要注意方法也可推出這一結(jié)論，但要注意E3和和Ep3均為均為負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況是到另一個(gè)軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況是()A放出光子，電子動(dòng)能減小，原子電勢(shì)能增大放出光子，電子動(dòng)能減小，原子電勢(shì)能增大B放出光子，電子動(dòng)能增大，原子電勢(shì)能減小放出光子，電子動(dòng)能增大，原子電勢(shì)能減小C吸收光子，電子動(dòng)能減小，原子電勢(shì)能增大吸收光子，電子動(dòng)能減小，原子電勢(shì)能增大D吸收光子，電子動(dòng)能增大，原子電勢(shì)能減小吸收光子，電子動(dòng)能增大，原子電勢(shì)能減小