《2019-2020学年高中物理第2章4玻尔的原子模型能级学案教科版选修3-5.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020学年高中物理第2章4玻尔的原子模型能级学案教科版选修3-5.pdf（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 - 1 - 页 共 9 页 4.玻尔的原子模型 能级4.玻尔的原子模型 能级 学习目标 1.知道玻尔原子结构理论的主要内容(重点)2.了解能级、跃迁、能量量 子化及基态、 激发态等概念 (重点) 3 会用玻尔的原子结构理论解释氢光谱 (重点、 难点)4. 了解玻尔原子结构理论的意义 一、玻尔的原子结构理论 1玻尔原子结构理论的主要内容 (1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道当电子在 这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态 (2)原子处在定态的能量用En表示，此时电子以rn的轨道半径绕核运动，n称为量子 数 当原子中的电
2、子从一定态跃迁到另一定态时， 发射或吸收一个光子， 光子的能量hEn Em. 上式被称为玻尔频率条件，式中En和Em分别是原子的高能级和低能级这里的“跃迁” 可以理解为电子从一种能量状态到另一个能量状态的瞬时过渡 2轨道量子化和能级 (1)轨道量子化 在玻尔原子结构模型中，围绕原子核运动的电子轨道只能是某些分立值，所以电子绕核 运动的轨道是量子化的 (2)能级 不同状态的原子有不同的能量，因此原子的能量是不连续的，这些不同的能量值称为能 级 二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱 玻尔原子结构理论的意义 1氢原子的能级结构 (1)氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径为En(n1,2,3，)
3、；rn E1 n2 n2r1(n1,2,3，)，式中E113.6 eV，r10.531010 m. (2)能量最低的状态叫作基态，其他状态叫作激发态 (3)氢原子的能级结构图(如图所示) 第 - 2 - 页 共 9 页 2玻尔理论对氢光谱的解释 (1)解释巴尔末公式 按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的波长计算公式为： ， 1 E1 hc( 1 m2 1 n2) 用实际数据代入计算，与巴尔末公式中的里德伯常量符合得很好 ( E1 hc) (2)解释氢原子光谱的不连续性 原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级差，由于原子的能 级是分立的，所以放出的光子的能量也是
4、分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 1正误判断(正确的打“” ，错误的打“”) (1)玻尔的原子结构理论认为电子的轨道是量子化的() (2)电子吸收某种频率的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态() (3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁() (4)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因() (5)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线() (6)巴尔末公式是玻尔理论的一种特殊情况() 2(多选)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( ) A它彻底否定了经典的电磁理论 B它发展了卢瑟福的核式结构学说 C它完全抛弃了经典的电磁理论 D它引入了普朗克的量子理论 BD 原子
5、核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子 系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子 模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆 周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论 3.一个氢原子从n3 能级跃迁到n2 能级，该氢原子( ) A放出光子，能量增加B放出光子，能量减少 第 - 3 - 页 共 9 页 C吸收光子，能量增加D吸收光子，能量减少 B 氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，故选项 B 正 确 对玻尔原子模型的理解 1轨道量子化 轨
6、道半径只能是一些不连续的、某些分立的值，不可能出现介于这些轨道半径之间的其 他值 2能量量子化 (1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这 样的状态也称之为定态 (2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的这样的能量值， 称为能级量子数n越大，表示能级越高 (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能 3跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或 吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定， 可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径
7、大小的，而是 从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上玻尔将这种现象叫作电子的跃迁 【例 1】 氢原子在基态时轨道半径r10.531010 m， 能量E113.6 eV.求氢原子处 于基态时： (1)电子的动能； (2)原子的电势能； (3)用波长是多少的光照可使其电离？ (4)电子在核外旋转的等效电流(已知电子质量m9.11031 kg) 思路点拨 (1)电子在各可能轨道上做匀速圆周运动时库仑力提供向心力 (2)氢原子的能量等于电子的动能与原子电势能之和 (3)电子跃迁到n的轨道即为电离 第 - 4 - 页 共 9 页 解析 (1)设处于基态的氢原子核周围的电子速度为v1，则 ke2 r2 1 m
8、v2 1 r1 所以电子动能Ek1mv 1 2 2 1 ke2 2r1 eV13.6 eV. 9 109 1.6 10192 2 0.53 1010 1.6 1019 (2)因为E1Ek1Ep1，所以Ep1E1Ek113.6 eV13.6 eV27.2 eV. (3)设用波长为的光照射可使氢原子电离0E1 hc 所以 m91.4 nm. hc E1 6.63 1034 3 108 13.6 1.6 1019 (4)等效的环形电流Ie T 由mr1可得T2 ke2 r2 1( 2 T) 2 mr3 1 ke2 所以I e T e2 2 k mr3 1 代入数据解得I1.05103 A. 答案 (
9、1)13.6 eV (2)27.2 eV (3)91.4 nm (4)1.05103 A 有关玻尔原子模型及定态问题的四个结论 在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动轨道看作半径为r的圆周，则原子 核与电子之间的库仑力作为电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二 定律，有me，则 ke2 r2 v2 r (1)电子运动速度v；k e2 mer (2)电子的动能Ekmev2； 1 2 ke2 2r (3)电子在半径为r的轨道上所具有的电势能 Ep(无限远处为零)； ke2 r (4)原子的总能量就是电子的动能Ek和电势能Ep的代数和，即EEkEp. ke2 2r 1(多选
10、)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是( ) 第 - 5 - 页 共 9 页 A电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波 B处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量 C原子内电子的可能轨道是连续的 D原子内电子的轨道是不连续的 BD 按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时 间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔理论可知选项 A、C 错误，B 正确；原 子内电子轨道是不连续的，D 正确 原子能级和能级跃迁的理解 1能级图的理解 如图所示为氢原子能级图 (1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n1 时对应的能量， 其值为
11、13.6 eV.En代表电子在第n个轨道上运动时的能量 (2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所 以量子数越大， 能级越密， 竖直线的箭头表示原子跃迁方向， 长度表示辐射光子能量的大小，n 1 是原子的基态，n是原子电离时对应的状态 2能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或 几次跃迁到达基态所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数 为NC . nn 1 2 2n 3光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率 由下式决定 hEmEn(Em、En是始末两个能级，且mn)
12、 能级差越大，放出光子的频率就越高 4使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子 第 - 6 - 页 共 9 页 (1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不 被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n1 时能量不足，则可激发到n能级的 问题 (2)原子还可吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能 可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(EEnEk)，就可使 原子发生能级跃迁 【例 2】 (多选)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 数目的光谱线调高电子的能量再次进行观测，发现
13、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 (如图所示)可以判断，n和E的可能值为( ) An1,13.22 eVE13.32 eV Bn2,13.22 eVE13.32 eV Cn1,12.75 eVE13.06 eV Dn2,12.75 eVE13.06 eV 思路点拨 氢原子在某一能级跃迁最多发射的光谱线数为 C ，其中n为量子数 2n 由题意可知，调高电子的能量再次进行观测时，比原来增加 5 条光谱线，根据此条件可 列方程求解量子数 AD 设原来光谱线数目 C ，调高电子的能量后，光谱线数目 C .依题 2m
14、 mm 1 2 2n nn 1 2 意有 C C 5，得两组解：n4，m2 或n6，m5.故当 n2 时，E4E11，即k能级的能量大于m能级的能量，氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量， 其值为EkEmh2h1，故只有 D 项正确 3(2019全国卷)氢原子能级示意图如图所示光子能量在 1.63 eV3.10 eV 的光为 可见光要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供 的能量为( ) A12.09 eV B10.20 eV C1.89 eVD1.51 eV A 因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV3.10 eV， 所以氢原子至少要被激发到n3 能
15、级，要给氢原子提供的能量最少为E(1.5113.60)eV12.09 eV，即选项 A 正确 4 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，用一群处于第 4 能级的氦离子发出的光照射处于 基态的氢气 (1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？ (2)发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少？ 解析 (1)一群氦离子跃迁时，一共发出 第 - 9 - 页 共 9 页 N6 种光子 nn 1 2 由频率条件hEmEn知 6 种光子的能量分别是 由n4 到n3 h1E4E32.6 eV 由n4 到n2 h2E4E210.2 eV 由n4 到n1 h3E4E151.0 eV 由n3 到n2 h4E3E27.6 eV 由n3 到n1 h5E3E148.4 eV 由n2 到n1 h6E2E140.8 eV 由发生光电效应的条件知，h3、h5、h6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效 应 (2)由光电效应方程EkhW0知， 能量为 51.0 eV 的光子使氢原子逸出的光电子初动能 最大，将W013.6 eV 代入EkhW0，得Ek37.4 eV. 答案 (1)3 种 (2)37.4 eV