物理：第4节《玻尔的原子模型 能级》课件（教科版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第4节玻尔的原子模型能级 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第4节 课前自主学案 课标定位 课标定位 1 知道玻尔原子理论的基本假设 2 知道能级 能级跃迁 会计算原子能级跃迁时辐射或吸收光子的能量 3 知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性 课前自主学案 一 玻尔的原子结构理论1 定态 电子围绕原子核运动的轨道不是任意的 而是一系列 的 的轨道 当电子在这些轨道上运动时 原子是 的 不向外辐射能量 也不吸收能量 这些状态称为定态 分立 特定 稳定 2 光子的能量当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时 才 或 一个光子 光子的能量为 h 式中n m表示量子数 发射 吸收 En Em 3 轨道量子化围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些 我们称之为轨道量子化 原子的能量是 的 这些不同的能量值称为能级 分立值 不连续 3 基态 激发态能量最低的状态叫 其他状态叫做 三 玻尔原子结构理论的意义1 玻尔的原子结构理论比较完满地解释了氢光谱 但不能说明谱线的强度和偏振情况 在解释有两个以上电子的原子的复杂光谱时也遇到了困难 基态 激发态 2 玻尔理论将量子概念引入原子模型 推动了量子力学的发展 思考感悟玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱而又有其局限性 对我们有怎样的启示 提示 玻尔理论的成功是引入了量子化观点 不再把电子的轨道看作任意的 轨道是量子化的 能量是量子化的 但其局限性是由于保留了经典的粒子观念和经典的规律 这给我们启示 微观领域具有不同的运动规律 不能将粒子看作宏观的粒子模型 粒子某一时刻出现在什么位置也没有确定的坐标 只能以在某处出现的概率表示 核心要点突破 一 玻尔的氢原子理论1 轨道量子化 图2 4 1 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值 这种现象叫轨道量子化 例如 r1 0 053nm r2 0 212nm r3 0 477nm 即rn n2r1 n 1 2 3 如图2 4 1所示 2 定态及原子能量量子化不同的电子轨道对应着不同的原子状态 在这些状态中不向外辐射能量 这就是定态 原子在不同的定态中具有不同的能量 能量是量子化的 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于玻尔的原子模型理论 下列说法正确的是 A 原子可以处于连续的能量状态中B 原子的能量状态是不连续的C 原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D 原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的 解析 选B 玻尔依据经典物理在原子结构问题上遇到的困难 引入量子化观念建立了新的原子模型理论 主要内容为 电子轨道是量子化的 原子的能量是量子化的 处在定态的原子不向外辐射能量 解决了原子遇到的问题 由此可知B正确 二 原子跃迁注意的几个问题1 跃迁与电离跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程 而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程 2 原子跃迁条件与规律原子的跃迁条件h E初 E终 适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 以下两种情况则不受此条件限制 1 光子和原子作用而使原子电离的情况原子一旦电离 原子结构即被破坏 因而不再遵守有关原子结构的理论 如基态氢原子的电离能为13 6eV 只要大于或等于13 6eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 2 实物粒子和原子作用而使原子激发的情况当实物粒子和原子相碰时 由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差 均可以使原子受激发而向较高能级跃迁 但原子所吸收的能量仍不是任意的 一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差 3 直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时 有时可能是直接跃迁 有时可能是间接跃迁 两种情况下辐射 或吸收 光子的频率可能不同 5 跃迁时电子动能 原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时 库仑引力做正功 原子的电势能Ep减小 电子动能增大 原子能量减小向外辐射能量 反之 轨道半径增大时 原子电势能增大 电子动能减小 原子能量增大 从外界吸收能量 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 氢原子的能级图如图2 4 2所示 欲使一处于基态的氢原子释放一个电子而变成氢离子 氢原子需要吸收的能量至少是 图2 4 2 A 13 60eVB 10 20eVC 0 54eVD 27 20eV解析 选A 要使基态氢原子电离吸收的能量应满足E 13 60eV 0 E 13 60eV 故A正确 课堂互动讲练 用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子 观测到了一定数目的光谱线 如图2 4 3所示 图2 4 3 调高电子的能量再次进行观测 发现光谱线的数目比原来增加了5条 用 n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差 E表示调高后电子的能量 根据氢原子的能级图可以判断 n和E的可能值为 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 思路点拨 依据氢原子的能级图和两次光谱线的数目差判断氢原子所处的最高能级 从而得到 n 由于是利用电子碰撞使氢原子从基态跃迁 电子能量E需大于或等于该能级与基态能级差 精讲精析 存在两种可能 第一种可能从n 2到n 4 由于是电子轰击 所以电子的能量必须满足13 6eV 0 85eV E 13 6eV 0 54eV 故D项正确 第二种可能是从n 5到n 6 电子能量必须满足13 6eV 0 38eV E 13 6eV 0 28eV 故A项正确 答案 AD 变式训练1 2010年高考重庆理综卷 氢原子部分能级的示意图如图2 4 4所示 不同色光的光子能量如下表所示 处于某激发态的氢原子 发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条 其颜色分别为 A 红 蓝 靛B 黄 绿C 红 紫D 蓝 靛 紫 解析 选A 由题表可知处于可见光范围的光子的能量范围为1 61eV 3 10eV 处于某激发态的氢原子能级跃迁时 E3 E2 3 40 1 51 eV 1 89eV 此范围为红光 E4 E2 3 40 0 85 eV 2 55eV 此范围为蓝 靛光 故本题正确选项为A 已知氢原子的基态能量为 13 6eV 核外电子的第一轨道半径为0 53 10 10m 电子质量me 9 1 10 31kg 电量为1 6 10 19C 求电子跃迁到第三轨道时 氢原子的能量 电子的动能和电子的电势能各为多少 答案 1 51eV1 51eV 3 02eV 方法总结 本题中有一个巧合 即 E3 Ek3 Ep3 2 其实这是一个必然结论 用其他方法也可推出这一结论 但要注意E3和Ep3均为负数 变式训练2氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时 可能发生的情况是 A 放出光子 电子动能减小 原子电势能增大B 放出光子 电子动能增大 原子电势能减小C 吸收光子 电子动能减小 原子电势能增大D 吸收光子 电子动能增大 原子电势能减小 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全