高中物理 3.4 原子的能级结构课件 粤教版选修3-5.ppt

高中物理 选修3 5 粤教版 第四节原子的能级结构 目标定位 1 了解能级 跃迁 能量量子化以及基态 激发态等概念 2 了解能级跃迁伴随着能量变化 知道能级跃迁过程中吸收或放出光子 3 能通过能级跃迁解释巴耳末系 一 能级结构猜想1 由氢原子光谱是分立的 我们猜想原子内部的能量也是 的 2 原子内部不连续的能量称为原子的 原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做 3 能级跃迁中的能量关系 由此可知原子在跃迁前 后的能级分别为Em和En 若原子由高能级向低能级跃迁 这个过程中 光子 若原子由低能级向高能级跃迁 这个过程需吸收特定频率的 或通过其他途径获得 不连续 能级 h Em En 辐射 光子 能量 跃迁 二 氢原子的能级2 能级状态 1 基态 在正常状态下氢原子处于 的能级E1 n 1 这个最低能级对应的状态称为基态 氢原子在基态的能量为 2 激发态 当电子受到外界激发时 可从基态跃迁到 的能级E2 E3 上 这些能级对应的状态称为激发态 量子化的 量子数 最低 13 6eV 较高 3 跃迁 处于激发态的氢原子是不稳定的 它会向较低的能级跃迁 跃迁时释放出来的能量以光子形式向外辐射 原子辐射出的光子的能量等于两能级间的 即h Em En m 2 能量差 三 氢原子的能级图和氢光谱线系的形成1 氢原子能级图如图3 4 1所示图3 4 1 2 氢光谱线系的形成能级间的跃迁产生不连续的 从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个 如巴耳末线系是氢原子从n 3 4 5 等能级跃迁到n 2的能级时辐射出的光谱 谱线 线系 一 对能级结构的理解1 轨道量子化 1 轨道半径只能够是一些不连续的 某些分立的数值 2 氢原子的电子最小轨道半径为r1 0 053nm 其余轨道半径满足rn n2r1 式中n称为量子数 对应不同的轨道 只能取正整数 2 能量量子化 1 不同轨道对应不同的状态 在这些状态中 尽管电子做变速运动 却不辐射能量 因此这些状态是稳定的 原子在不同状态有不同的能量 所以原子的能量也是量子化的 2 基态 原子最低的能量状态称为基态 对应的电子在离核最近的轨道上运动 氢原子基态能量E1 13 6eV 3 激发态 较高的能量状态称为激发态 对应的电子在离核较远的轨道上运动 3 跃迁 例1 双选 2014 广州高二检测 按照玻尔原子理论 下列表述正确的是 A 核外电子运动轨道半径可取任意值B 氢原子中的电子离原子核越远 氢原子的能量越大C 电子跃迁时 辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定 即h Em En D 氢原子从激发态向基态跃迁的过程 可能辐射能量 也可能吸收能量答案BC 解析根据玻尔理论 核外电子运动的轨道半径是确定的值 而不是任意值 A错误 氢原子中的电子离原子核越远 能级越高 能量越大 B正确 由跃迁规律可知C正确 氢原子从激发态向基态跃迁的过程中 应辐射能量 D错误 针对训练1 单选 下列与玻尔理论有直接关系的叙述中 错误的是 A 电子绕原子核做加速运动 但并不向外辐射能量 这时原子的状态是稳定的B 原子的一系列能量状态是不连续的C 原子从一个能量状态跃迁到另一个能量状态时 一定要吸收或放出某一频率的光子D 氢原子由带正电的原子核和带负电的电子组成 电子绕原子核旋转答案D 二 原子能级和能级跃迁的理解1 原子从一种能量态跃迁到另一种能量态时 吸收 或放出 能量为h 的光子 h是普朗克常量 这个光子的能量由前 后两个能级的能量差决定 即h Em En m n 若m n 则辐射光子 若n m 则吸收光子 例2 双选 2014 山东卷 氢原子能级如图3 4 2所示 当氢原子从n 3跃迁到n 2的能级时 辐射光的波长为656nm 以下判断正确的是 A 氢原子从n 2跃迁到n 1的能级时 辐射光的波长大于656nmB 用波长为325nm的光照射 可使氢原子图3 4 2从n 1跃迁到n 2的能级C 一群处于n 3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D 用波长为633nm的光照射 不能使氢原子从n 2跃迁到n 3的能级 答案CD 借题发挥1 一个氢原子和一群氢原子问题 1 如果是一个氢原子 该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上 由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光 但可能发出的光条数为 n 1 种 3 若知道每条发光的能量或频率 可根据已知情况判定光线所在区域 2 跃迁与电离问题原子跃迁时 不管是吸收还是辐射光子 其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差 若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去 就需要给原子一定的能量 如基态氢原子电离 其电离能为13 6eV 只要能量等于或大于13 6eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的电子具有的动能越大 针对训练2如图3 4 3所示 氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 辐射出能量为2 55eV的光子 问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量 才能使它辐射上述能量的光子 请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 图3 4 3 答案12 75eV跃迁图见解析图解析氢原子从n 2的某一能级跃迁到n 2的能级 满足 h En E2 2 55eVEn h E2 0 85eV所以n 4基态氢原子要跃迁到n 4的能级 应提供 E E4 E1 12 75eV 跃迁图如图所示