《高考物理一轮复习 3.1原子结构 氢原子光谱课件 沪科版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 3.1原子结构 氢原子光谱课件 沪科版选修3-5（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 原子结构 原子核 第1讲 原子结构 氢原子光谱,知识点1 氢原子光谱 【思维激活1】(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是( ) A.a元素 B.b元素 C.c元素 D.d元素,【解析】选B、D。将a、b、c、d四种元素的线状谱与乙图中对照,可知矿物中缺少b、d元素,故选B、D。,【知识梳理】 1.光谱： 用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的_(频率) 和强度分布的记录,即光谱。 2.光谱分类： 有些光谱是一条条的_,这样的光谱叫作线状谱。 有的光谱是连在一起的_,这样的光谱叫作连续谱。 3.光谱分析： 利用每
2、种原子都有自己的_可以用来鉴别物质和确定 物质的组成成分,且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有 着重大的意义。,波长,亮线,光带,特征谱线,知识点2 氢原子的能级结构、能级公式 【思维激活2】氢原子的基态能量为E1,如图所示,四个能级图能正确代表氢原子能级的是( ),【解析】选C。根据氢原子能级图特点：上密下疏,再联系各激 发态与基态能级间关系En= 故C正确。,【知识梳理】 1.玻尔理论： (1)定态：原子只能处于一系列_的能量状态中,在这些 能量状态中原子是_的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐 射能量。 (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸 收一定频率的光子,光子的能
3、量由这两个定态的能量差决定, 即h=_。(h是普朗克常量,h=6.6310-34Js) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核 运动相对应。原子的定态是_,因此电子的可能轨道 也是_。,不连续,稳定,Em-En,不连续的,不连续的,2.能级： 原子量子化的_。 3.基态和激发态： 原子能量最低的状态叫_,其他能量较高的状态叫 _。,能量值,基态,激发态,4.氢原子的能级和轨道半径： (1)氢原子的能级公式：En=_(n=1,2,3,),其中E1为基 态能量,其数值为E1=_。 (2)氢原子的半径公式：rn=_(n=1,2,3,),其中r1为基态 半径,又称玻尔半径,其数值为r
4、1=0.5310-10m。,-13.6eV,n2r1,5.氢原子的能级图： 能级图如图所示。,【微点拨】 1.对玻尔理论的四点提醒： (1)电子绕核运动的半径是不连续的; (2)电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率; (3)实物粒子也能使原子发生能级跃迁; (4)一个处于激发态的氢原子,辐射光谱线条数可能为1。一群处于激发态(n3)的氢原子,可能辐射出多条光谱线。,2.关于光谱的三个易混点： (1)太阳光谱是吸收光谱,不是连续光谱; (2)原子光谱是线状光谱,不是连续光谱; (3)研究太阳光谱可了解太阳大气层的成分,不能了解地球大气层的成分。,考点1 氢原子能级图及原子跃迁 1.
5、能级图中相关量意义的说明：,深化 理解,2.对原子跃迁条件h=Em-En的说明： (1)原子跃迁条件h=Em-En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。 (2)当光子能量大于或等于13.6eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能。 (3)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全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁。,3.跃迁中两个易混问题： (1)一群原子和一个原子：氢原
6、子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,可能的情况只有一种,但是如果容器中盛有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。 (2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时,有时可能是直接跃迁,有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和。,【题组通关方案】 【典题1】(2012四川高考)如图为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子( ),A.从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2
7、能级辐射出电磁波的波长长 B.从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大 C.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的 D.从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量,【典题解析】选A。由题图可知E4332,A对;若是在真空中,任何 电磁波的速度都是3.0108m/s,B错;处于不同能级时,核外电 子出现的概率对应不同的电子云,可知C错;应该是“氢原子” 向外放出能量,而非“氢原子核”,D错。,【典题2】如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时： (1)有可能放出多少种能量的光子? (2)在哪两个能级间跃迁时,所放出光子波长最
8、长?最长波长是多少?,【典题解析】(1)N= 种=6种。 (2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时,能量差最小,辐射的光子波长最长。 由h=E4-E3得： =E4-E3 所以最长波长 1.8810-6m。 答案：(1)6种 (2)第4能级向第3能级跃迁 1.8810-6m,【加固训练】 1.如图所示为氢原子的四个能级,其中E1为 基态,若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于 激发态E3,则下列说法正确的是( ) A.原子A可能辐射出3种频率的光子 B.原子B可能辐射出3种频率的光子 C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4 D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4,【解析】选
9、B。原子A从激发态E2跃迁到E1,只能辐射出1种频率的光子,A错。原子B从激发态E3跃迁到基态E1能辐射出3种频率的光子,B对。由原子能级跃迁理论可知,原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3,但不能跃迁到E4,C错。A原子发出的光子能量E=E2-E1大于E4-E3,故原子B吸收原子A发出的光子不可能跃迁到能级E4,D错。,2.(2012山东高考)氢原子第n能级的能量为En= 其中E1为 基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的 频率为1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为 2,则 = 。 【解析】当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时：h1=E4-
10、E2, 当氢原子由第2能级跃迁到基态时：h2=E2-E1,而E4= E2= 联立以上各式解得： 答案：,【学科素养升华】 解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项 (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。 (2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=Em-En求 得。若求波长可由公式c=求得。 (3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)。 (4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。 用数学中的组合知识求解： 利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种 可能情况一一画出,然后相加。,考点2 与能级有关的能量问题 1.原子从低能级向高能级跃迁的能量
11、情况：吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足h=E末-E初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量h大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收。 2.原子从高能级向低能级跃迁的能量情况：以光子的形式向外辐射能量,所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。 3.电离时的能量：当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时,可以被氢原子吸收,使氢原子电离,多余的能量作为电子的初动能。,拓展 延伸,4.氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律： (1)原子能量变化规律：En=Ekn+Epn= 随n增大而增大,随n的 减小而减小,其中E1=-13.6eV。
12、 (2)电子动能变化规律。 从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力, 即 所以Ekn= 随r增大而减小。 从库仑力做功上判断,当轨道半径增大时,库仑引力做负功, 故电子动能减小。反之,当轨道半径减小时,库仑引力做正功, 故电子的动能增大。,(3)原子的电势能的变化规律。 通过库仑力做功判断,当轨道半径增大时,库仑引力做负功,原子的电势能增大。反之,当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的电势能减小。 利用原子能量公式En=Ekn+Epn判断,当轨道半径增大时,原子能量增大,电子动能减小,故原子的电势能增大。反之,当轨道半径减小时,原子能量减小,电子动能增大,故原子的电势能减小。,【题
13、组通关方案】 【典题3】(2014苏州模拟)若要使处于基态的氢原子电离,可以采用两种方法,一是用能量为13.6eV的电子撞击氢原子,二是用能量为13.6eV的光子照射氢原子,则( ) A.两种方法都可能使氢原子电离 B.两种方法都不可能使氢原子电离 C.前者可使氢原子电离 D.后者可使氢原子电离,【典题解析】选D。电子是有质量的,撞击氢原子时发生弹性碰撞。由于电子和氢原子质量不同,故电子不能把13.6eV的能量完全传递给氢原子,因此不能使氢原子完全电离,而光子的能量可以完全被氢原子吸收,故D对。,【典题4】(1)(2011江苏高考)按照玻尔原子理论,氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量 (
14、选填“越大”或“越小”)。已知氢原子的基态能量为E1(E10),电子质量为m,基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后,电子速度大小为 (普朗克常量为h)。 (2)氢原子在基态时轨道半径r1=0.5310-10m,能量E1=-13.6eV,求氢原子处于基态时： 电子的动能; 原子的电势能; 用波长是多少的光照射可使其电离?,【典题解析】(1)氢原子中的电子离原子核越远，则量子数n越 大，由氢原子的能级公式En= (E10)可知氢原子的能量越大。 由能量守恒得 mv2=h+E1 可得v= (2)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，则： 所以电子动能,因为E1=Ek1 +Ep1, 所以Ep1
15、=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV。 设用波长为的光照射可使氢原子电离： =0-E1。 所以 =9.1410-8 m。 答案：(1)越大 (2)13.6 eV -27.2 eV 9.1410-8 m,【加固训练】 1.(2014西安模拟)氢原子核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时( ) A.要吸收光子,电子的动能、电势能都增加 B.要吸收光子,电子的动能增加,电势能减少 C.要放出光子,电子的动能增加,电势能减少 D.要放出光子,电子的动能、电势能都减少,【解析】选C。氢原子核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核 较近的轨道上时,原子的能量要减少,故应以
16、光子的形式向外 辐射能量。又因为电子的动能与其运动轨道半径的关系是 所以轨道半径减小,电子的动能增大。 电子从离核较远的轨道向离核较近的轨道上跃迁时,氢原子核 对核外电子的库仑引力做正功,所以电势能减少。故正确选项 是C。,2.如图所示,氢原子从n2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： (1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能 量,才能使它辐射出上述能量的光子? (2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐 射跃迁图。,【解析】(1)氢原子从n2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射光子的频率应满足 h=En-E2=2.55eV En=h+E2=-0.85eV,所以n=4 基态氢原子要跃迁到n=4的能级,应提供的能量：
