物理：第4節(jié)《玻爾的原子模型 能級(jí)》課件（教科版選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第4節(jié)玻爾的原子模型能級(jí) 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第4節(jié) 課前自主學(xué)案 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) 2 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 3 知道玻爾對(duì)氫光譜的解釋以及玻爾理論的局限性 課前自主學(xué)案 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)的軌道不是任意的 而是一系列 的 的軌道 當(dāng)電子在這些軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí) 原子是 的 不向外輻射能量 也不吸收能量 這些狀態(tài)稱為定態(tài) 分立 特定 穩(wěn)定 2 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) 才 或 一個(gè)光子 光子的能量為 h 式中n m表示量子數(shù) 發(fā)射 吸收 En Em 3 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 我們稱之為軌道量子化 原子的能量是 的 這些不同的能量值稱為能級(jí) 分立值 不連續(xù) 3 基態(tài) 激發(fā)態(tài)能量最低的狀態(tài)叫 其他狀態(tài)叫做 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)也遇到了困難 基態(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)了量子力學(xué)的發(fā)展 思考感悟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 提示 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 核心要點(diǎn)突破 一 玻爾的氫原子理論1 軌道量子化 圖2 4 1 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 r1 0 053nm r2 0 212nm r3 0 477nm 即rn n2r1 n 1 2 3 如圖2 4 1所示 2 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 能量是量子化的 即時(shí)應(yīng)用 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)法正確的是 A 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C 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D 原子中的電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是連續(xù)的 解析 選B 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)的原子不向外輻射能量 解決了原子遇到的問(wèn)題 由此可知B正確 二 原子躍遷注意的幾個(gè)問(wèn)題1 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 2 原子躍遷條件與規(guī)律原子的躍遷條件h E初 E終 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)氫原子的電離能為13 6eV 只要大于或等于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(guò)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 2 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)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 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)可能是間接躍遷 兩種情況下輻射 或吸收 光子的頻率可能不同 5 躍遷時(shí)電子動(dòng)能 原子勢(shì)能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時(shí) 庫(kù)侖引力做正功 原子的電勢(shì)能Ep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 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 氫原子的能級(jí)圖如圖2 4 2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 氫原子需要吸收的能量至少是 圖2 4 2 A 13 60eVB 10 20eVC 0 54eVD 27 20eV解析 選A 要使基態(tài)氫原子電離吸收的能量應(yīng)滿足E 13 60eV 0 E 13 60eV 故A正確 課堂互動(dòng)講練 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)目的光譜線 如圖2 4 3所示 圖2 4 3 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5條 用 n表示兩次觀測(cè)中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差 E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 n和E的可能值為 A n 1 13 22eV E 13 32eVB n 2 13 22eV E 13 32eVC n 1 12 75eV E 13 06eVD n 2 12 75eV E 13 06eV 思路點(diǎn)撥 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) 從而得到 n 由于是利用電子碰撞使氫原子從基態(tài)躍遷 電子能量E需大于或等于該能級(jí)與基態(tài)能級(jí)差 精講精析 存在兩種可能 第一種可能從n 2到n 4 由于是電子轟擊 所以電子的能量必須滿足13 6eV 0 85eV E 13 6eV 0 54eV 故D項(xiàng)正確 第二種可能是從n 5到n 6 電子能量必須滿足13 6eV 0 38eV E 13 6eV 0 28eV 故A項(xiàng)正確 答案 AD 變式訓(xùn)練1 2010年高考重慶理綜卷 氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖2 4 4所示 不同色光的光子能量如下表所示 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2條 其顏色分別為 A 紅 藍(lán) 靛B 黃 綠C 紅 紫D 藍(lán) 靛 紫 解析 選A 由題表可知處于可見(jiàn)光范圍的光子的能量范圍為1 61eV 3 10eV 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子能級(jí)躍遷時(shí) E3 E2 3 40 1 51 eV 1 89eV 此范圍為紅光 E4 E2 3 40 0 85 eV 2 55eV 此范圍為藍(lán) 靛光 故本題正確選項(xiàng)為A 已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為 13 6eV 核外電子的第一軌道半徑為0 53 10 10m 電子質(zhì)量me 9 1 10 31kg 電量為1 6 10 19C 求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 答案 1 51eV1 51eV 3 02eV 方法總結(jié) 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 用其他方法也可推出這一結(jié)論 但要注意E3和Ep3均為負(fù)數(shù) 變式訓(xùn)練2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 A 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C 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 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全