高中物理 18_4 玻尔的原子模型学案 新人教版选修3-5

课时18.4玻尔的原子模型1.知道玻尔原子理论的主要内容。2.了解能级、能量量子化跃迁以及基态、激发态的概念。3.了解玻尔理论对氢光谱的解释，以及玻尔模型的局限性。1.玻尔原子模型的基本假设(1)轨道假设：电子绕核运行的轨道半径只能是一些分立的数值，即电子的轨道是量子化的。(2)能级假设：当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量，即原子的能量(能级)是量子化的。原子中具有确定能量的稳定状态叫作定态，能量最低的状态叫作基态，其他状态叫作激发态。(3)跃迁假设：当电子从能量较高的定态轨道(能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En)时，会放出能量为h的光子，则有关系式：h=Em-En。2.玻尔理论对氢光谱的解释(1)通常情况下，原子处于基态，这种状态最稳定。(2)原子受到激发，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出(选填“放出”或“吸收”)光子，光子的能量等于前后两个能级之差，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。(3)不同原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射或吸收的光子的频率也不同，这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。3.玻尔模型的局限性(1)玻尔理论的成功之处：首次把量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。(2)玻尔模型的不足之处：仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。(3)根据电子在某时刻在某点附近单位体积内出现的概率，用疏密不同的点表示，这种图象就像云雾一样分布在原子核的周围，形象地称作电子云。主题1：探究玻尔的原子理论对经典理论的突破 情景：通过前面的学习，我们已经知道卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾主要有以下几点。(1)按照经典电磁理论，电子绕核旋转的过程中要向外辐射电磁波。因此能量要减少，电子的轨道半径也要减小，最后，电子要落在原子核上，这与原子是稳定的这个事实相矛盾。(2)由于电子转动过程半径减小，辐射电磁波的频率应不断变化，并且是连续的。因此原子发出的光谱应是连续光谱，这与原子光谱不是连续光谱而是线状谱线相矛盾。请阅读教材中“玻尔原子理论的基本假设”标题下的相关内容，回答下面的问题。问题：(1)在玻尔提出电子轨道量子化之前，普朗克和爱因斯坦分别提出了什么量子理论?(2)玻尔提出了怎样的假设?(3)玻尔是怎样解释原子的稳定性的?主题2：探究玻尔模型对氢光谱的解释情景：图示是氢原子的能级图，阅读教材中“玻尔理论对氢光谱的解释”的内容，回答下列问题。问题：(1)玻尔是怎样解释发射光谱的不连续性的?(2)一群能级n=4的氢原子会放出几种光子?(3)请用数学方法归纳一群处于n能级的氢原子可能放出光子种类的公式。主题3：玻尔理论的局限性 情景：玻尔理论已成功解释了氢原子光谱，阅读课本中的“玻尔理论的局限性”，思考下列问题。问题：玻尔理论是否能解释一切原子光谱呢?1.(考查玻尔模型)下列叙述中，符合玻尔理论的是()A.电子可能轨道的分布是不连续的B.电子从一条轨道跃迁到另一条轨道上时，原子将辐射或吸收一定的能量C.电子在可能轨道上绕核做圆周运动，不向外辐射能量D.电子没有确定的轨道，只存在电子云2.(考查对光谱的理解)仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是()A.氢原子只有几个能级B.氢原子只能发出平行光C.氢原子有时发光，有时不发光D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的3.(考查原子对光子的吸收)氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A.40.8 eVB.43.2 eVC.51.0 eVD.54.4 eV4.(考查原子发射光子的种类)大量原子从n=5的激发态向低能态跃迁时，产生的光谱线数是()A.4条B.10条C.6条D.8条拓展一：光子的发射和吸收1.氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV 3. 11 eV。下列说法错误的是()A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光拓展二：原子能级跃迁2.有一群氢原子处于n=3能级的激发态，当它们跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子?(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长?最长波长是多少?拓展三：玻尔理论与经典理论结合的相关计算3.根据玻尔理论，氢原子核外电子在n=1和n=2的轨道上运动时，已知其轨道半径之比r1r2=14，则()A.角速度之比为14 B.动能之比为41C.速度大小之比为41 D.周期之比为18 参考答案知识体系梳理分立量子化基态h=Em-En放出分立频率量子观念轨道概率重点难点探究主题1：(1)1900年普朗克提出能量子的概念，认为黑体辐射的能量是量子化的;1905年爱因斯坦提出光子的概念，认为能量本身就是量子化的。(2)玻尔的假设主要有三点：第一，玻尔提出电子的轨道是量子化的，电子在轨道上绕核运动，不产生电磁波；第二，原子的能量是量子化的，电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量;第三，原子在不同的能级之间可以跃迁，跃迁时放出(或吸收)光子，光子的能量就等于两个能级的能量差。(3)玻尔认为电子轨道是量子化的，与经典理论不同，电子在这些轨道上的运动本身就是稳定的，不会产生电磁辐射，因此是稳定的，只有原子从高能级向低能级跃迁时才会以放出光子的形式向外辐射能量。主题2：(1)玻尔认为原子辐射的光子是由原子从一个能级向另一个能级跃迁时产生的，辐射光子的能量等于前后两个能级之差，由于能级是分立的，因此辐射的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只能是一些不连续的亮线。(2)如题图所示，一群处于n=4能级的氢原子直接向较低能级跃迁有3种可能，然后跃迁到n=3能级的氢原子直接向较低能级跃迁又有2种可能；跃迁到n=2能级的氢原子直接向基态跃迁，因此一群处于n=4能级的氢原子共有6种跃迁方式，因此会辐射6种频率的光子。(3)处于n=2能级的氢原子直接跃迁有1种可能，处于n=3能级的氢原子直接跃迁有2种可能，处于n=4能级的氢原子直接跃迁有3种可能处于n能级的氢原子直接跃迁有n-1种可能，所以一群处于n能级的氢原子各种跃迁的形式种类共有N=1+2+3+(n-1)=，即一群处于n能级的氢原子可能放出种光子。主题3：尽管玻尔理论成功解释了氢原子光谱，但是对复杂的原子光谱不能做出解释，原因是玻尔理论仍然以经典理论为基础，保留了经典粒子的观点。事实上，根据测不准关系，原子中的电子没有确定的坐标值，因而没有确定的轨道，而是“电子云”。基础智能检测1.ABC2.D3.B4.B全新视角拓展1.D【解析】大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，由N=可知，共可发出6种频率的光，故不选C；处于n=3能级的氢原子能量为-1.51 eV，因紫外线能量大于1.51 eV，故紫外线可使处于n=3能级的氢原子电离，故A项不选;氢原子从高能级跃迁到n=3能级释放的能量最多为1.51 eV，小于1.62 eV，此光为红外线，具有显著热效应，故B项不选。2.(1)三种(2)n=3的激发态向n=2的激发态跃迁时波长最长，最长波长为6.610-7 m【解析】(1)共能放出三种能量的光子，即三种频率的光子。(2)当氢原子处于n=3能级的激发态向n=2能级的激发态跃迁时波长最长。由氢原子能级图知，E2=-3.4 eV，E3=-1.51 eVh=E3-E2=1.89 eV，又知=则有：=6.610-7 m。3.BD【解析】玻尔的原子理论表明：氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，其向心力由原子核对它的库仑引力来提供。m=k电子在某条轨道上运动时，电子运动的动能Ekn=m则Ek1Ek2 = 41电子运动的速度vn=e则v1v2=21电子绕核做匀速圆周运动的周期Tn=则T1T2=18角速度n=，则12=81。