高中物理 2.4玻爾的原子模型能級(jí)課件1 教科版選修3-5.ppt

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第二章原子結(jié)構(gòu) 2 4玻爾的原子模型能級(jí) 1 了解玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論和能級(jí)的概念 2 知道玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論能夠?qū)涔庾V作出較好的解釋 3 掌握氫原子的能級(jí)圖 4 了解玻爾理論的重要意義和局限性 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 學(xué)習(xí)探究區(qū) 一 對(duì)玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的理解 二 原子的能級(jí)躍遷問題 一 對(duì)玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的理解 問題設(shè)計(jì) 按照經(jīng)典理論 核外電子在庫(kù)侖引力作用下繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng) 我們知道 庫(kù)侖引力和萬有引力形式上有相似之處 電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)與衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)也一定有某些相似之處 那么若將衛(wèi)星 地球模型縮小是否變?yōu)殡娮?原子核模型呢 答案不是 在玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論中 電子的軌道半徑只可能是某些分立的值 而衛(wèi)星的軌道半徑可按需要任意取值 要點(diǎn)提煉 對(duì)玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)理解1 軌道量子化 1 軌道半徑只能夠是某些的數(shù)值 2 氫原子的電子最小軌道半徑r1 0 053nm 其余軌道半徑滿足rn n為量子數(shù) n 分立 n2r1 1 2 3 2 能量量子化 1 不同軌道對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài) 在這些狀態(tài)中 盡管電子做變速運(yùn)動(dòng) 卻不輻射能量 因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的 原子在不同的狀態(tài)有不同的能量 所以原子的能量也是量子化的 2 基態(tài)原子的能量狀態(tài)稱為基態(tài) 對(duì)應(yīng)的電子在離核最的軌道上運(yùn)動(dòng) 氫原子基態(tài)能量E1 最低 近 13 6eV 3 激發(fā)態(tài)的能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài) 對(duì)應(yīng)的電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng) 氫原子各能級(jí)的關(guān)系為 En E1 13 6eV n 1 2 3 較高 3 能級(jí)躍遷與光子的發(fā)射和吸收 1 光子的發(fā)射原子從高能級(jí) En 向低能級(jí) Em 躍遷時(shí)會(huì)光子 放出光子的能量h 與始末兩能級(jí)En Em之間的關(guān)系為 h 其中h叫普朗克常量 h 6 63 10 34J s 2 光子的吸收原子吸收光子后可以從躍遷到 發(fā)射 En Em 低能級(jí) 高能級(jí) 延伸思考 為什么氫原子的定態(tài)能量為負(fù)值 氫原子由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)的過程中動(dòng)能如何變化 電勢(shì)能Ep及軌道能量如何變化 答案氫原子的定態(tài)能量包括兩種能量 電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能及電子 氫原子核系統(tǒng)的電勢(shì)能 在研究電勢(shì)能時(shí)我們通常取無窮遠(yuǎn)處作零勢(shì)能面 設(shè)電子距核的半徑為 r 電子質(zhì)量為m 由k m可知電子的動(dòng)能Ek k 而電勢(shì)能的表達(dá)式為Ep k 兩者之和即為軌道能量E Ek Ep k 所以氫原子的定態(tài)能量為負(fù) 基態(tài)的半徑為r1 0 053nm E1 13 6eV是其定態(tài)能量的最低值 從氫原子核外電子的動(dòng)能Ek 電勢(shì)能Ep及軌道能量E的表達(dá)式可以看出當(dāng)氫原子從低能量態(tài)Em向高能量態(tài)En n m 躍遷時(shí) r增大 Ek減小 Ep增大 或r增大時(shí) 庫(kù)侖力做負(fù)功 電勢(shì)能Ep增大 E增大 故需吸收光子能量 所吸收的光子能量h En Em 例1玻爾在他提出的原子模型中所作的假設(shè)有 A 原子處在具有一定能量的定態(tài)中 雖然電子做加速運(yùn)動(dòng) 但不向外輻射能量B 原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng) 而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的C 電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí) 輻射 或吸收 一定頻率的光子D 電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率 解析A B C三項(xiàng)都是玻爾提出來的假設(shè) 其核心是原子定態(tài)概念的引入與能量躍遷學(xué)說的提出 也就是 量子化 的概念 原子的不同能量狀態(tài)與電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)不同的圓軌道相對(duì)應(yīng) 是經(jīng)典理論與量子化概念的結(jié)合 原子輻射的能量與電子在某一可能軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)無關(guān) 答案ABC 例2氫原子的核外電子從距核較近的軌道上躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中 A 原子要吸收光子 電子的動(dòng)能增大 原子的電勢(shì)能增大 原子的能量增大B 原子要放出光子 電子的動(dòng)能減少 原子的電勢(shì)能減少 原子的能量也減少C 原子要吸收光子 電子的動(dòng)能增大 原子的電勢(shì)能減少 原子的能量增大D 原子要吸收光子 電子的動(dòng)能減少 原子的電勢(shì)能增大 原子的能量增加 解析由庫(kù)侖力提供向心力 即 Ek mv2 由此可知電子離核越遠(yuǎn)r越大 則電子的動(dòng)能越小 故A C錯(cuò)誤 因r增大過程中庫(kù)侖力做負(fù)功 故電勢(shì)能增加 B錯(cuò) 再結(jié)合玻爾理論和原子的能級(jí)公式可知 D正確 答案D 返回 問題設(shè)計(jì) 二 原子的能級(jí)躍遷問題 根據(jù)氫原子的能級(jí)圖 說明 1 氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí) 發(fā)出的光子的頻率如何計(jì)算 答案氫原子吸收 或輻射 光子的能量決定于兩個(gè)能級(jí)差h En Em n m 2 如圖1所示 是氫原子的能級(jí)圖 若有一群處于n 4的激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)能輻射出多少種頻率不同的光子 圖1 答案氫原子能級(jí)躍遷圖如圖所示 從圖中可以看出能輻射出6種頻率不同的光子 它們分別是n 4 n 3 n 4 n 2 n 4 n 1 n 3 n 2 n 3 n 1 n 2 n 1 要點(diǎn)提煉 1 電子從一種能量態(tài)躍遷到另一種能量態(tài)時(shí) 吸收 或放出 能量為h 的光子 h是普朗克常量 這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的決定 即h m n 若n m 則光子 若m n 則光子 能量差 En Em 輻射 吸收 2 根據(jù)氫原子的能級(jí)圖可以推知 一群量子數(shù)為n的氫原子最后躍遷到基態(tài)時(shí) 可能發(fā)出的不同頻率的光子數(shù)可用N C 計(jì)算 延伸思考 我們知道 高速運(yùn)動(dòng)的電子與原子撞擊 也可能使原子躍遷 氫原子吸收光子能量而躍遷與吸收電子能量而躍遷有何不同 答案如用電子與氫原子相碰撞 有可能將電子的一部分動(dòng)能傳遞給氫原子而使其發(fā)生躍遷 此時(shí)氫原子會(huì)吸收電子的部分能量 所吸收能量由h En Em決定 而躍遷 電子還會(huì)有剩余的能量 但氫原子吸收光子能量時(shí)通常是將其全部吸收 或根本不吸收 如 基態(tài)氫原子可吸收10 2eV的光子而躍遷到第一激發(fā)態(tài) 而能量為11eV的光子則不能被其吸收 但如果是動(dòng)能為11eV的電子與氫原子碰撞 氫原子可以吸收其中10 2eV的能量而躍遷 電子剩下的動(dòng)能為0 8eV 例3欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā) 下列措施可行的是 A 用10 2eV的光子照射B 用11eV的光子照射C 用14eV的光子照射D 用11eV的電子碰撞 解析由 玻爾原子結(jié)構(gòu)理論 的躍遷假設(shè)可知 氫原子在各能級(jí)間 只能吸收能量值剛好等于兩能級(jí)之差的光子 由氫原子能級(jí)關(guān)系不難算出 10 2eV剛好為氫原子n 1和n 2的兩能級(jí)之差 而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差 因而氫原子只能吸收前者被激發(fā) 而不能吸收后者 對(duì)14eV的光子 其能量大于氫原子電離能 足可使 氫原子 電離 而不受氫原子能級(jí)間躍 遷條件的限制 由能量守恒定律不難知道 氫原子吸收14eV的光子 電離后產(chǎn)生的自由電子仍具有0 4eV的動(dòng)能 用電子去碰撞氫原子時(shí) 入射電子的動(dòng)能可全部或部分地為氫原子吸收 所以只要入射電子的動(dòng)能大于或等于基態(tài)和某個(gè)激發(fā)態(tài)能量之差 也可使氫原子激發(fā) 故正確選項(xiàng)為A C D 答案ACD 返回 課堂要點(diǎn)小結(jié) 玻爾的原子模型能級(jí) 玻爾原子理論的基本假設(shè) 定態(tài)假設(shè)軌道量子化假設(shè)躍遷假設(shè) h En Em m n 玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋 氫原子能級(jí)公式En n 1 2 3 氫原子能級(jí)圖 玻爾理論的成功與局限性及發(fā)展 返回 自我檢測(cè)區(qū) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 光子的發(fā)射和吸收過程是 A 原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)要放出光子 放出光子的能量等于原子在始 末兩個(gè)能級(jí)的能量差B 原子不能從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷C 原子吸收光子后從低能級(jí)躍遷到高能級(jí) 放出光子后從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)D 原子無論是吸收光子還是放出光子 吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始 末兩個(gè)能級(jí)的能量差值 CD 1 2 3 4 2 如圖2所示 1 2 3 4為玻爾理論中氫原子最低的四個(gè)能級(jí) 處在n 4能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí) 能發(fā)出若干種頻率不同的光子 在這些光子中 波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是 A n 4躍遷到n 1時(shí)輻射的光子B n 4躍遷到n 3時(shí)輻射的光子C n 2躍遷到n 1時(shí)輻射的光子D n 3躍遷到n 2時(shí)輻射的光子 圖2 B 1 2 3 4 3 用能量為12 6eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子 受光子照射后 下列關(guān)于這群氫原子的躍遷的說法正確的是 A 原子能躍遷到n 2的激發(fā)態(tài)上B 原子能躍遷到n 3的激發(fā)態(tài)上C 原子能躍遷到n 4的激發(fā)態(tài)上D 原子不能躍遷 D 1 2 3 4 4 欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā) 下列措施可行的是 A 用11 5eV的光子照射B 用11 5eV的電子碰撞C 用15eV的光子照射D 用15eV的電子碰撞 解析氫原子只能吸收等于兩能級(jí)之差的光子 A項(xiàng)錯(cuò) 對(duì)于15eV的光子其能量大于基態(tài)氫原子的電離能 可被基態(tài)氫原子吸收而電離 C項(xiàng)正確 對(duì)于電子碰撞 只要入射電子的動(dòng)能大于或等于兩個(gè)能級(jí)差或電離能 都可使氫原子激發(fā) B D正確 BCD