高考物理一輪復(fù)習(xí) 3.1原子結(jié)構(gòu) 氫原子光譜課件 滬科版選修3-5.ppt

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第三章原子結(jié)構(gòu)原子核第1講原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜 知識點1氫原子光譜 思維激活1 多選 如圖甲所示是a b c d四種元素的線狀譜 圖乙是某礦物的線狀譜 通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是 A a元素B b元素C c元素D d元素 解析 選B D 將a b c d四種元素的線狀譜與乙圖中對照 可知礦物中缺少b d元素 故選B D 知識梳理 1 光譜 用光柵或棱鏡可以把光按波長展開 獲得光的 頻率 和強度分布的記錄 即光譜 2 光譜分類 有些光譜是一條條的 這樣的光譜叫作線狀譜 有的光譜是連在一起的 這樣的光譜叫作連續(xù)譜 3 光譜分析 利用每種原子都有自己的 可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分 且靈敏度很高 在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義 波長 亮線 光帶 特征譜線 知識點2氫原子的能級結(jié)構(gòu) 能級公式 思維激活2 氫原子的基態(tài)能量為E1 如圖所示 四個能級圖能正確代表氫原子能級的是 解析 選C 根據(jù)氫原子能級圖特點 上密下疏 再聯(lián)系各激發(fā)態(tài)與基態(tài)能級間關(guān)系En 故C正確 知識梳理 1 玻爾理論 1 定態(tài) 原子只能處于一系列 的能量狀態(tài)中 在這些能量狀態(tài)中原子是 的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 2 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 光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定 即h h是普朗克常量 h 6 63 10 34J s 3 軌道 原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng) 原子的定態(tài)是 因此電子的可能軌道也是 不連續(xù) 穩(wěn)定 Em En 不連續(xù)的 不連續(xù)的 2 能級 原子量子化的 3 基態(tài)和激發(fā)態(tài) 原子能量最低的狀態(tài)叫 其他能量較高的狀態(tài)叫 能量值 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 4 氫原子的能級和軌道半徑 1 氫原子的能級公式 En n 1 2 3 其中E1為基態(tài)能量 其數(shù)值為E1 2 氫原子的半徑公式 rn n 1 2 3 其中r1為基態(tài)半徑 又稱玻爾半徑 其數(shù)值為r1 0 53 10 10m 13 6eV n2r1 5 氫原子的能級圖 能級圖如圖所示 微點撥 1 對玻爾理論的四點提醒 1 電子繞核運動的半徑是不連續(xù)的 2 電子躍遷輻射光子的頻率不等于電子繞核圓周運動的頻率 3 實物粒子也能使原子發(fā)生能級躍遷 4 一個處于激發(fā)態(tài)的氫原子 輻射光譜線條數(shù)可能為1 一群處于激發(fā)態(tài) n 3 的氫原子 可能輻射出多條光譜線 2 關(guān)于光譜的三個易混點 1 太陽光譜是吸收光譜 不是連續(xù)光譜 2 原子光譜是線狀光譜 不是連續(xù)光譜 3 研究太陽光譜可了解太陽大氣層的成分 不能了解地球大氣層的成分 考點1氫原子能級圖及原子躍遷1 能級圖中相關(guān)量意義的說明 深化理解 2 對原子躍遷條件h Em En的說明 1 原子躍遷條件h Em En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 2 當(dāng)光子能量大于或等于13 6eV時 也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收 使氫原子電離 當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13 6eV時 氫原子電離后 電子具有一定的初動能 3 原子還可吸收外來實物粒子 例如自由電子 的能量而被激發(fā) 由于實物粒子的動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兩能級的能量差值 E Em En 均可使原子發(fā)生能級躍遷 3 躍遷中兩個易混問題 1 一群原子和一個原子 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)了 2 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 有時可能是直接躍遷 有時可能是間接躍遷 兩種情況下輻射 或吸收 光子的能量是不同的 直接躍遷時輻射 或吸收 光子的能量等于間接躍遷時輻射 或吸收 的所有光子的能量和 題組通關(guān)方案 典題1 2012 四川高考 如圖為氫原子能級示意圖的一部分 則氫原子 A 從n 4能級躍遷到n 3能級比從n 3能級躍遷到n 2能級輻射出電磁波的波長長B 從n 5能級躍遷到n 1能級比從n 5能級躍遷到n 4能級輻射出電磁波的速度大C 處于不同能級時 核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的D 從高能級向低能級躍遷時 氫原子核一定向外放出能量 典題解析 選A 由題圖可知E43 32 A對 若是在真空中 任何電磁波的速度都是3 0 108m s B錯 處于不同能級時 核外電子出現(xiàn)的概率對應(yīng)不同的電子云 可知C錯 應(yīng)該是 氫原子 向外放出能量 而非 氫原子核 D錯 典題2 如圖所示為氫原子最低的四個能級 當(dāng)氫原子在這些能級間躍遷時 1 有可能放出多少種能量的光子 2 在哪兩個能級間躍遷時 所放出光子波長最長 最長波長是多少 典題解析 1 N 種 6種 2 氫原子由第4能級向第3能級躍遷時 能量差最小 輻射的光子波長最長 由h E4 E3得 E4 E3所以最長波長 1 88 10 6m 答案 1 6種 2 第4能級向第3能級躍遷1 88 10 6m 加固訓(xùn)練 1 如圖所示為氫原子的四個能級 其中E1為基態(tài) 若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2 氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3 則下列說法正確的是 A 原子A可能輻射出3種頻率的光子B 原子B可能輻射出3種頻率的光子C 原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D 原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4 解析 選B 原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1 只能輻射出1種頻率的光子 A錯 原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1能輻射出3種頻率的光子 B對 由原子能級躍遷理論可知 原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3 但不能躍遷到E4 C錯 A原子發(fā)出的光子能量 E E2 E1大于E4 E3 故原子B吸收原子A發(fā)出的光子不可能躍遷到能級E4 D錯 2 2012 山東高考 氫原子第n能級的能量為En 其中E1為基態(tài)能量 當(dāng)氫原子由第4能級躍遷到第2能級時 發(fā)出光子的頻率為 1 若氫原子由第2能級躍遷到基態(tài) 發(fā)出光子的頻率為 2 則 解析 當(dāng)氫原子由第4能級躍遷到第2能級時 h 1 E4 E2 當(dāng)氫原子由第2能級躍遷到基態(tài)時 h 2 E2 E1 而E4 E2 聯(lián)立以上各式解得 答案 學(xué)科素養(yǎng)升華 解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的注意事項 1 能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的 2 能級之間發(fā)生躍遷時放出 吸收 光子的頻率由h Em En求得 若求波長可由公式c 求得 3 一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為 n 1 4 一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法 用數(shù)學(xué)中的組合知識求解 利用能級圖求解 在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出 然后相加 考點2與能級有關(guān)的能量問題1 原子從低能級向高能級躍遷的能量情況 吸收一定能量的光子 當(dāng)一個光子的能量滿足h E末 E初時 才能被某一個原子吸收 使原子從低能級E初向高能級E末躍遷 而當(dāng)光子能量h 大于或小于E末 E初時都不能被原子吸收 2 原子從高能級向低能級躍遷的能量情況 以光子的形式向外輻射能量 所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差 3 電離時的能量 當(dāng)光子能量大于或等于原子所處的能級絕對值時 可以被氫原子吸收 使氫原子電離 多余的能量作為電子的初動能 拓展延伸 4 氫原子躍遷時電子動能 電勢能與原子能量的變化規(guī)律 1 原子能量變化規(guī)律 En Ekn Epn 隨n增大而增大 隨n的減小而減小 其中E1 13 6eV 2 電子動能變化規(guī)律 從公式上判斷電子繞氫原子核運動時靜電力提供向心力 即所以Ekn 隨r增大而減小 從庫侖力做功上判斷 當(dāng)軌道半徑增大時 庫侖引力做負功 故電子動能減小 反之 當(dāng)軌道半徑減小時 庫侖引力做正功 故電子的動能增大 3 原子的電勢能的變化規(guī)律 通過庫侖力做功判斷 當(dāng)軌道半徑增大時 庫侖引力做負功 原子的電勢能增大 反之 當(dāng)軌道半徑減小時 庫侖引力做正功 原子的電勢能減小 利用原子能量公式En Ekn Epn判斷 當(dāng)軌道半徑增大時 原子能量增大 電子動能減小 故原子的電勢能增大 反之 當(dāng)軌道半徑減小時 原子能量減小 電子動能增大 故原子的電勢能減小 題組通關(guān)方案 典題3 2014 蘇州模擬 若要使處于基態(tài)的氫原子電離 可以采用兩種方法 一是用能量為13 6eV的電子撞擊氫原子 二是用能量為13 6eV的光子照射氫原子 則 A 兩種方法都可能使氫原子電離B 兩種方法都不可能使氫原子電離C 前者可使氫原子電離D 后者可使氫原子電離 典題解析 選D 電子是有質(zhì)量的 撞擊氫原子時發(fā)生彈性碰撞 由于電子和氫原子質(zhì)量不同 故電子不能把13 6eV的能量完全傳遞給氫原子 因此不能使氫原子完全電離 而光子的能量可以完全被氫原子吸收 故D對 典題4 1 2011 江蘇高考 按照玻爾原子理論 氫原子中的電子離原子核越遠 氫原子的能量 選填 越大 或 越小 已知氫原子的基態(tài)能量為E1 E1 0 電子質(zhì)量為m 基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為 的光子被電離后 電子速度大小為 普朗克常量為h 2 氫原子在基態(tài)時軌道半徑r1 0 53 10 10m 能量E1 13 6eV 求氫原子處于基態(tài)時 電子的動能 原子的電勢能 用波長是多少的光照射可使其電離 典題解析 1 氫原子中的電子離原子核越遠 則量子數(shù)n越大 由氫原子的能級公式En E1 0 可知氫原子的能量越大 由能量守恒得mv2 h E1可得v 2 設(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為v1 則 所以電子動能 因為E1 Ek1 Ep1 所以Ep1 E1 Ek1 13 6eV 13 6eV 27 2eV 設(shè)用波長為 的光照射可使氫原子電離 0 E1 所以 9 14 10 8m 答案 1 越大 2 13 6eV 27 2eV 9 14 10 8m 加固訓(xùn)練 1 2014 西安模擬 氫原子核外電子由離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時 A 要吸收光子 電子的動能 電勢能都增加B 要吸收光子 電子的動能增加 電勢能減少C 要放出光子 電子的動能增加 電勢能減少D 要放出光子 電子的動能 電勢能都減少 解析 選C 氫原子核外電子由離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時 原子的能量要減少 故應(yīng)以光子的形式向外輻射能量 又因為電子的動能與其運動軌道半徑的關(guān)系是所以軌道半徑減小 電子的動能增大 電子從離核較遠的軌道向離核較近的軌道上躍遷時 氫原子核對核外電子的庫侖引力做正功 所以電勢能減少 故正確選項是C 2 如圖所示 氫原子從n 2的某一能級躍遷到n 2的能級 輻射出能量為2 55eV的光子 問 1 最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量 才能使它輻射出上述能量的光子 2 請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖 解析 1 氫原子從n 2的某一能級躍遷到n 2的能級 輻射光子的頻率應(yīng)滿足h En E2 2 55eVEn h E2 0 85eV 所以n 4基態(tài)氫原子要躍遷到n 4的能級 應(yīng)提供的能量 E E4 E1 12 75eV 2 輻射躍遷圖如圖所示 答案 1 12 75eV 2 見解析圖 學(xué)科素養(yǎng)升華 與能級有關(guān)的能量問題的解題步驟 1 分析已知量 根據(jù)庫侖力提供核外電子做圓周運動的向心力列圓周運動動力學(xué)方程 2 根據(jù)處于某定態(tài)原子的能量等于電子動能與電子電勢能之和列方程 求電勢能 3 原子發(fā)生能級躍遷時能量與吸收或放出光子 或?qū)嵨锪Ｗ?的能量相等 可列方程求光子的頻率或相關(guān)物理量