3.3量子论视野下的原子模型解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.3,量子论视野下的原子模型,一、玻尔提出原子模型的背景：,卢瑟福的原子核式构造学说很好地解释了a粒子的散射试验，初步建立了原子构造的正确图景，但跟经典的电磁理论发生了冲突。,依据经典理论,电子在围绕原子核高速运转时，必定要向外辐射电磁波，因此辐射能量后的电子，将随着能量的削减，电子绕核运行的轨道半径也要减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，这样，原子也将“塌方”，不再成为原子了。但事实上，原子的构造相当稳定。,冲突1：原子的构造的稳定性：,同时，依据经典电磁理论，电子绕核运行时辐射电磁波的频率应当等于电子绕核运行的频率，随着运行轨道半径的不断变化，电子绕核运行的频率要不断变化，因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样，大量原子发光的光谱就应当是包含一切频率的连续谱。,冲突2：原子光谱的不连续性续性,以上冲突说明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个冲突，1913年玻尔在卢瑟福学说的根底上，把普郎克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。,二、玻尔理论的主要内容：,1,、原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫,定态,。,2、原子从一种定态设能量为E初跃迁到另一种定态设能量为E终时，它辐射或吸取 确定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差准备，即,3,、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能,轨道的分布也是不连续的。,玻尔,（,18851962,）,玻尔的原子模型概括,4 3 2 1,E,4,E,3,E,2,E,1,定态假设,跃迁假设,4 3 2 1,E,4,E,3,E,2,E,1,轨道假设,4 3 2 1,h,v,=E,初,E,未,E,n,=,r,n,=,n,2,r,1,三、玻尔计算出氢的电子的计算公式：,r,n,=n,2,r,1,轨道半径：,n=1,2,3),能 量：,n=1,2,3),式中r1(r1=0.531010m)、E1(E1=13.6eV)、分别代表第一条即离核最近的可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。,四、氢原子的能级图：,-13.6,-3.4,-1.51,-0.85,-0.54,0 eV,n,E,关于光谱线条数的说明,1一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数,2一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为,2,、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是,原子发光现象,。,1能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级,3激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态,2基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这 时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态,五、原子发光机理：,1,、几个概念：,玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性,在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念,同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律,除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的,困难,六、玻尔模型的局限性,氦原子光谱,量子化条件的引进,没有适当的理论解释。,阅读课本,58,页,电子云,例题1.下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是【】,A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应确定的能量,B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不转变，就不会向外辐射能量,C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，确定要辐射确定频率的光子,D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的,C,定态,例题2、依据玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，ra rb，则在此过程中 【】,A、原子要发出一系列频率的光子,B、原子要吸取一系列频率的光子,C、原子要发出某一频率的光子,D、原子要吸取某一频率的光子,C,原子放出能量,高能级,低能级,发光,原子吸收能量,低能级,高能级,加热或光照,原子的发光机制：,例题3、依据波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的选项是【】,A、电子的动能变大，电势能变大，总能量变大,B、电子的动能变小，电势能变小，总能量变小,C、电子的动能变小，电势能变大，总能量不变,D、电子的动能变小，电势能变大，总能量变大,D,留意：电子在不同轨道之间跳动的过程中，电势能的变化大于其动能的变化。,+,_,练习1、依据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则以下说法中正确的选项是 【】,A.电子轨道半径越大 B.核外电子的速率越大,C.氢原子能级的能量越大 D.核外电子的电势能越大,ACD,例题,4,、如图给出了氢原子的最低的四个能级,氢原子在这些能级之,间跃迁,所辐射的光子的频率最多几种,?,其中最小频率是多少,?,最小,波长又是多少,?,1,2,3,4,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,(1)6,种,(2),最小频率对应能级差最小,(3),最小波长对应最大能量差：,=9.75,10,-8,m,目的：能依据能级图画出辐射光子的多种可能，并能依据能级差推断出光子波长的大小。线越长，光子能量越大！,例题5、处于基态的氢原子在某单色光的照射下,只能发出频率为,的三种频率的光，且 ，则该照射,光的光子的能量为 【】,C,1,2,3,4,1.光子照射氢原子，原子吸取光子，电子由轨道1跃迁到轨道3上，原子由轨道1上的基态变成了轨道3上的激发态,氢原子发光的过程：,2.原子在激发态上不稳定，所以要向低能态跃迁-辐射光子，光子的能量满足,A,3,种,B,4,种,C,5,种,D,6,种,练习2、如以下图为氢原子的能级图，用大量能量为12.75eV的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原子放射出不同波长的光波，其中最多包含有几种不同波长的光波 【】,D,原子吸取光子后，能级：,En=-13.6eV+12.75eV,=-0.85eV,=E4,原子吸取光子后，跃迁到n=4的激发态上。,4,1,2,3,5,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0,留意原子的发光过程！,A,13.6eV B,12.09eV,C,10.2eV D,3.4eV,练习3、如以下图为氢原子能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为【】,B,原子吸取光子后，跃迁到n=3的激发态上。,4,1,2,3,5,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0,A在照射光中可能被吸取的光子能量有很多种,B在照射中可能被吸取的光子能量只有3种,C照射后可能观测到氢原子放射不同波长的光有6种,D照射后可能观测到氢原子放射不同波长的光有3种,练习4.【提高】如以下图为氢原子的能级图，现用光子能量介于10 eV12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则以下说法中正确的选项是 【】,BC,原子辐射或吸取的光子的能量必需满足：,即10.2ev，12.09ev，12.75ev，,4,1,2,3,5,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0,4,1,2,3,5,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0,A这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁 到n=2所发出的光波长最短,B这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁 到n=1所发出的光频率最小,C金属钠外表所发出的光,电子的最大初动能为9.60eV,D金属钠外表所发出的光,电子的最大初动能为11.11eV,例题6、如以下图为氢原子能级图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，说法正确的选项是 【】,C,练习5、右图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n的激发态，当向低能级跃迁时辐射出假设干不同频率的光。关于这些光以下说法正确的选项是 【】,最简洁表现出衍射现象的光是由n能级跃到n能级产生的,频率最小的光是由n 能级跃迁到n 能级产生的,这些氢原子总共可辐,射出种不同频率的光,用n 能级跃迁到,n 能级辐射出的光照,射逸出功为6.34的金,属铂能发生光电效应。,D,4,1,2,3,5,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0,A大量处在n3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时，发出的光有一局部是可见光,B大量处在n=3能级的氢原子向 n=2能级跃迁时，发出的光是紫外线,C大量处在n=3能级的氢原,子向n=1能级跃迁时，发出的,光都应具有显著的热效应,D处在n=3能级的氢原子吸取,任意频率的紫外线光子都能发,生电离,例题7、如以下图为氢原子能级图，可见光的光子能量范围为1.62eV3.11eV。以下说法正确的选项是【】,4,1,2,3,5,-13.6eV,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0,D,例题8、氦原子被电离一个核外电子，形成类氢构造的氦离子。基态的氦离子能量为E154.4eV，氦离子能级的示意图如以下图。在具有以下能量的光子中，不能被基态氦离子吸取而发生跃迁的是 【】,A 40.8eV E5 0,B 43.2eV E4 3.4eV,C 55.0eV E3 6.0eV,D 54.4eV E2 -13.6eV,E1 54.4eV,B,C,、,D,选项可使基态氦离子电离,课堂练习：,1、对玻尔理论的以下说法中，正确的选项是 ,A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引,入了量子化假设,B、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁,波”的观点提出了异议,C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化,之间的定量关系,D、玻尔的两个公式是在他的理论根底上利用经典电磁理论,和牛顿力学计算出来的,ABCD,2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是 ,A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一,定的能量,B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态,不转变，就不会向外辐射能量,C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，确定要辐射确定频,率的光子,D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些道是不连续的,C,3、依据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则以下 说法中正确的选项是 ,A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大,C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大,ACD,4、依据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径 ,A、可以取任意值,B、可以在某一范围内取任意值,C、可以取一系列不连续的任意值,D、是一系列不连续的特定值,D,5、依据玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，rarb，则在此过程中 ,A、原子要发出一系列频率的光子 B、原子要吸取一系列频率的光子,C、原子要发出某一频率的光子 D、原子要吸取某一频率的光子,C,6,氢原子的量子数越小，则,(),A,电子的轨道半径越小,B,原子的能量越小,C,原子的能量越大,D,原子的电势能越小,ABD,7,一群氢原子处于,n,3,的激发态时，它从高能级跃迁到低能级时辐射的光子能量是,(,),A,只能是,1.89 eV,B,只能是,12.09 eV,C,可能是,1.89 eV,或,12.09 eV,D,可能是,1.89 eV,、,10.2 eV,或,12.09 eV,D.,解：由 ，,E,1,13.6 eV,可知，,1.51 eV