高中物理 第2章 原子結構 4 玻爾的原子模型 能級教師用書 教科版選修3-5

《高中物理 第2章 原子結構 4 玻爾的原子模型 能級教師用書 教科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第2章 原子結構 4 玻爾的原子模型 能級教師用書 教科版選修3-5（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

4.玻爾的原子模型　能級 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道波爾原子結構理論的主要內容．(重點) 2.了解能級、躍遷、能量量子化及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念．(重點) 3.會用玻爾的原子結構理論解釋氫光譜．(重點、難點) 4.了解玻爾原子結構理論的意義. 玻 爾 的 原 子 結 構 理 論 1．玻爾原子結構理論的主要內容 (1)電子圍繞原子核運動的軌道不是任意的，而是一系列分立的、特定的軌道．當電子在這些軌道上運動時，原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量，也不吸收能量，這些狀態(tài)稱為定態(tài)． (2)原子處在定態(tài)的能量用En表示，此時電子以rn的軌道半徑繞核運動，n稱為量子數(shù)．當原子中的電子從一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時，才發(fā)射或吸收一個光子，光子的能量hν＝En－Em 上式被稱為玻爾頻率條件，式中En和Em分別是原子的高能級和低能級．這里的“躍遷”可以理解為電子從一種能量狀態(tài)到另一個能量狀態(tài)的瞬時過渡． 2．軌道量子化和能級 (1)軌道量子論 在玻爾原子結構模型中，圍繞原子核運動的電子軌道只能是某些分立值，所以電子繞核運動的軌道是量子化的． (2)能級 不同狀態(tài)的原子有不同的能量，因此原子的能量是不連續(xù)的，這些不同的能量值稱為能級． 1．玻爾的原子結構理論認為電子的軌道是量子化的．(√) 2．電子吸收某種頻率條件的光子時會從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)．(√) 3．電子能吸收任意頻率的光子發(fā)生躍遷．() 1．玻爾的原子模型軌道與盧瑟福的行星模型軌道是否相同？ 【提示】　不同．玻爾的原子模型的電子軌道是量子化的，只有當半徑的大小符合一定條件時才有可能．盧瑟福的行星模型的電子軌道是任意的，是可以連續(xù)變化的． 2．電子由高能量狀態(tài)躍遷到低能量狀態(tài)時，釋放出的光子的頻率可以是任意值嗎？ 【提示】　不可以．因各定態(tài)軌道的能量是固定的，由hν＝Em－En可知，躍遷時釋放出的光子的頻率，也是一系列固定值． 1．軌道量子化 軌道半徑只能是一些不連續(xù)的、某些分立的值，不可能出現(xiàn)介于這些軌道半徑之間的其他值． 2．能量量子化 (1)電子在可能軌道上運動時，雖然是變速運動，但它并不釋放能量，原子是穩(wěn)定的，這樣的狀態(tài)也稱之為定態(tài)． (2)由于原子的可能狀態(tài)(定態(tài))是不連續(xù)的，具有的能量也是不連續(xù)的．這樣的能量值，稱為能級．量子數(shù)n越大，表示能級越高． (3)原子的能量包括：原子的原子核與電子所具有的電勢能和電子運動的動能． 3．躍遷：原子從一種定態(tài)(設能量為E2)躍遷到另一種定態(tài)(設能量為E1)時，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定， 高能級Em低能級En. 可見，電子如果從一個軌道到另一個軌道，不是以螺旋線的形式改變半徑大小的，而是從一個軌道上“跳躍”到另一個軌道上．玻爾將這種現(xiàn)象叫作電子的躍遷． 1．關于玻爾的原子模型，下述說法中正確的有(　　) A．它徹底否定了經典的電磁理論 B．它發(fā)展了盧瑟福的核式結構學說 C．它完全拋棄了經典的電磁理論 D．它引入了普朗克的量子理論 E．它保留了一些經典力學和經典的電磁理論 【解析】　原子核式結構模型與經典電磁理論的種種矛盾說明，經典電磁理論已不適用于原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學成就得到啟發(fā)，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；但在玻爾的原子模型中仍然認為原子中有一很小的原子核，電子在核外繞核做勻速圓周運動，電子受到的庫侖力提供向心力，并沒有完全拋棄經典的電磁理論． 【答案】　BDE 2．由玻爾理論可知，下列說法中正確的是(　　) A．電子繞核運動有加速度，就要向外輻射電磁波 B．處于定態(tài)的原子，其電子做變速運動，但它并不向外輻射能量 C．原子內電子的可能軌道是連續(xù)的 D．原子的軌道是不連續(xù)的 E．原子的能量是不連續(xù)的 【解析】　按照經典物理學的觀點，電子繞核運動有加速度，一定會向外輻射電磁波，很短時間內電子的能量就會消失，與客觀事實相矛盾，由玻爾理論可知選項A、C錯，B正確；原子軌道是不連續(xù)的，原子能量也是不連續(xù)的，D、E正確． 【答案】　BDE 解決玻爾原子模型的關鍵 (1)電子繞核做圓周運動時，不向外輻射能量． (2)原子輻射的能量與電子繞核運動無關，只由躍遷前后的兩個能級差決定． (3)處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的，而處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的． (4)原子的能量與電子的軌道半徑相對應，軌道半徑大，原子的能量大；軌道半徑小，原子的能量小． 用 玻 爾 的 原 子 結 構 理 論 解 釋 氫 光 譜玻 爾 原 子 結 構 理 論 的 意 義 1．氫原子的能級結構 (1)氫原子在不同能級上的能量和相應的電子軌道半徑為En＝(n＝1,2,3，…)；rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，式中E1≈－13.6 eV，r1＝0.5310－10 m. (2)能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)． (3)氫原子的能級結構圖(如圖241所示) 圖241 2．玻爾理論對氫光譜的解釋 (1)解釋巴爾末公式 ①按照玻爾理論，從高能級躍遷到低能級時輻射的光子的波長計算公式為： ＝， ②用實際數(shù)據(jù)代入計算，與巴爾末公式中的里德伯常量符合得很好． (2)解釋氫原子光譜的不連續(xù)性 原子從較高能級向低能級躍遷時放出光子的能量等于前后兩個能級差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線． 1．氫原子能級的量子化是氫光譜不連續(xù)的成因．(√) 2．玻爾理論能很好地解釋氫光譜為什么是一些分立的亮線．(√) 3．巴爾末公式是玻爾理論的一種特殊情況．(√) 4．玻爾理論能成功地解釋氫光譜．(√) 玻爾原子結構理論的意義是什么？ 【提示】　(1)成功之處：玻爾理論將量子概念引入原子模型，提出了定態(tài)和躍遷的概念，比較完滿地解釋了氫光譜的實驗規(guī)律，推動了量子理論的發(fā)展． (2)局限性：保留了經典粒子的觀念，把電子的運動仍然看做經典力學描述下的軌道運動，它不能說明譜線的強度和偏振情況，在解釋有兩個以上電子的原子的復雜光譜時遇到了困難． 1．能級圖的理解 如圖242所示為氫原子能級圖． 圖242 (1)能級圖中n稱為量子數(shù)，E1代表氫原子的基態(tài)能量，即量子數(shù)n＝1時對應的能量，其值為－13.6 eV.En代表電子在第n個軌道上運動時的能量． (2)作能級圖時，能級橫線間的距離和相應的能級差相對應，能級差越大，間隔越寬，所以量子數(shù)越大，能級越密，豎直線的箭頭表示原子躍遷方向，長度表示輻射光子能量的大小，n＝1是原子的基態(tài)，n→∞是原子電離時對應的狀態(tài)． 2．能級躍遷：處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它會自發(fā)地向較低能級躍遷，經過一次或幾次躍遷到達基態(tài)．所以一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為N＝＝C. 3．光子的發(fā)射：原子由高能級向低能級躍遷時以光子的形式放出能量，發(fā)射光子的頻率由下式決定． hν＝Em－En(Em、En是始末兩個能級且m>n) 能級差越大，放出光子的頻率就越高． 4．使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實物粒子 (1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級時能量有余，而激發(fā)到n＋1時能量不足，則可激發(fā)到n能級的問題． (2)原子還可吸收外來實物粒子(例如，自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實物粒子的動能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于兩能級的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子發(fā)生能級躍遷． 3．按照玻爾理論，當氫原子中電子由半徑為ra的圓軌道躍遷到半徑為rb的圓軌道上時，若rb＜ra，則在躍遷過程中氫原子要________某一頻率的光子． 【解析】　因為是從高能級向低能級躍遷，所以應放出光子，“直接”從一能級躍遷至另一能級，只對應某一能級差，故只能輻射某一頻率的光子． 【答案】　輻射 4．欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)或電離，下列措施可行的是(　　) A．用10.2 eV的光子照射 B．用11 eV的光子照射 C．用14 eV的光子照射 D．用10 eV的光子照射 E．用12.09 eV的光子照射 【解析】　由氫原子的能級圖可求得E2－E1＝－3.40 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，即10.2 eV是第二能級與基態(tài)之間的能量差，處于基態(tài)的氫原子吸收10.2 eV的光子后將躍遷到第二能級態(tài)，可使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，A對；同理可知E對；Em－E1≠11 eV，即不滿足玻爾理論關于躍遷的條件，B錯；要使處于基態(tài)的氫原子電離，照射光的能量須≥13.6 eV，而14 eV＞13.6 eV，故14 eV的光子可使基態(tài)的氫原子電離，C對；Em－E1≠10 eV，既不滿足玻爾理論關于躍遷的條件，也不能使氫原子電離，D錯． 【答案】　ACE 5．已知氫原子的能級圖如圖243所示，現(xiàn)用光子能量介于10～12.9 eV范圍內的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是(　　) 【導學號：11010027】 圖243 A．在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種 B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種 C．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有6種 D．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種 E．照射后觀測到氫原子發(fā)射的光中波長最長的光是由n＝4向n＝3躍遷時發(fā)出的 【解析】　根據(jù)躍遷規(guī)律hν＝Em－En和能級圖，可知A錯，B對；氫原子吸收光子后能躍遷到最高為n＝4的能級，能發(fā)射的光子的波長有C＝6種，故C對，D錯；氫原子由n＝4的能級躍遷到n＝3的能級發(fā)射出的光的頻率最小，波長最長，故E正確． 【答案】　BCE 6．(2015海南高考)氫原子基態(tài)的能量為E1＝－13.6 eV.大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)．由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中，頻率最大的光子能量為－0.96E1，頻率最小的光子的能量為______eV(保留2位有效數(shù)字)，這些光子可具有______種不同的頻率． 【解析】　頻率最大的光子能量為－0.96E1，即En－(－13.6 eV)＝－0.96(－13.6 eV)， 解得En＝－0.54 eV 即n＝5，從n＝5能級開始，根據(jù)可得共有10種不同頻率的光子． 從n＝5到n＝4躍遷的光子頻率最小，根據(jù)E＝E5－E4可得頻率最小的光子的能量為0.31 eV. 【答案】　0.31　10 能級躍遷規(guī)律 大量處于n激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時，最多可輻射種頻率的光子．一個處于n激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時，最多可輻射(n－1)種頻率的光子．