《物理新导学笔记选修3-5教科通用讲义：第二章 原子结构 4 Word含答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理新导学笔记选修3-5教科通用讲义：第二章 原子结构 4 Word含答案（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量.3.能用玻尔原子结构理论简单解释氢原子光谱一、玻尔的原子结构理论1定态假设：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跃迁假设：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子从一定态跃迁到另一定态时，才发射或吸收一个光子，光子的能量hEnEm，式中En和Em分别是原子的高能级和低能级3轨道
2、量子化假设：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立值，即电子的可能轨道也是不连续的，称之为轨道量子化氢原子的轨道半径rnn2r1(n1,2,3)，r10.531010m.二、氢原子的能级1能级：在玻尔的原子结构模型中，不同的轨道实际上对应了不同的状态，不同的状态对应不同的能量，因此原子的能量也是不连续的，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级2基态：能量最低的状态叫做基态3激发态：除基态之外的其他状态叫做激发态4氢原子的能级氢原子各能级的关系为En(n1,2,3)，其中，氢原子的基态能量E113.6eV，其他各激发态的能量为E23.4eV，E31.51eV三、玻尔原子结构理论的
3、意义1玻尔的原子结构比较完美地解释了氢光谱，他用能级跃迁的概念阐明了光谱的吸收和发射，第一次将量子概念引入原子模型，推动了量子力学的发展2局限性保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动玻尔理论是不完善的即学即用1判断下列说法的正误(1)玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点()(2)玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值()(3)当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子()(4)处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子()(5)不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光
4、子频率是相同的()(6)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象()2电子处在n4轨道上比处在n3轨道上离核的距离_(填“远”或“近”)，能量值_(填“大”或“小”)答案远大一、玻尔原子结构理论导学探究1按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星地球模型缩小是否就可以变为电子原子核模型呢？答案不可以在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值2氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么？它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系？
5、答案电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为Em)时，会放出能量为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hEnEm(nm)这个式子称为频率条件，又称辐射条件当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定知识深化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)氢原子中电子轨道的最小半径为r10.053nm，其余轨道半径满足rnn2r1，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)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状
6、态称之为定态(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，能量最低的状态称为基态，其他状态叫做激发态3跃迁：原子从一种定态(设能量为En)跃迁到另一种定态(设能量为Em)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，高能级En低能级Em.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做电子的跃迁例1(多选)光子的发射和吸收过程是()A原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B原子不能从低能级向高能级跃迁C原
7、子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差值答案CD解析由玻尔理论的跃迁假设知，原子处于激发态不稳定，可自发地向低能级发生跃迁，以光子的形式放出能量，光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收光子后，会从较低能级向较高能级跃迁，但不管是吸收光子还是发射光子，光子的能量总等于两能级的能量差，即hEnEm(nm)，故选项C、D正确例2氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中()A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的
8、电势能减小C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大答案D解析根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错误；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：km，又Ekmv2，所以Ek，可知电子离核越远，即r越大时，电子的动能越小，故A、C错误；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，故D正确原子的能量及变化规律1原子的能量：EnEknEpn.2电子绕氢原子核运动时：km，故Eknmvn2，电子轨道半径越大，电
9、子绕核运动的动能越小3电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小4电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了光子，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上，即电子轨道半径越大，原子的能量越大二、玻尔理论对氢光谱的解释导学探究1如图1所示是氢原子的能级图，一群处于n4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多少种频率不同的光子？图1答案氢原子能级跃迁图如图所示从图中可以看出能辐射出6种频率不同的光子，它们分别是n4n3，n4n2，n4n1，n3n2，n3n1，n2n1.2(1)如何解释氢气导电发光现象？(2)它的谱线为什么又是分立的？答案(1)通常情况下原子处于基态，基态是
10、最稳定的状态氢气在放电管中受到高速运动的电子的撞击，跃迁到激发态处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终又回到基态(2)氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出的光子能量等于前后两个能级的能量差由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线知识深化1氢原子能级图中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13.6eV.En代表电子在第n个轨道上运动时的能量作能级图时，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
11、子能量的大小，n1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.例3(多选)如图2所示是氢原子的能级图，大量处于n4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n2能级跃迁时释放的光子，则()图2A6种光子中波长最长的是n4激发态跃迁到基态时产生的B6种光子中有2种属于巴尔末系C使n4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量D6种光子中频率最大的是n2激发态跃迁到基态时产生的答案BC解析n4
12、激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大，频率最大，根据Eh知，波长最短，故A、D错误；其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n2能级跃迁时释放的光子，6种光子中从n4n2与n3n2的属于巴尔末系，即2种，故B正确；n4能级的氢原子具有的能量为0.85eV，故要使其发生电离，至少需要0.85eV的能量，故C正确针对训练1如图3所示为氢原子的能级图用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有()图3A15种B10种C4种D1种答案B解析基态的氢原子的能量为13.6eV，吸收13.06eV的能量后变成0.54eV，原子跃迁到n5能级，由于氢原子是大量的，故辐
13、射的光子种类是10种三、氢原子跃迁规律的应用1跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足h|EnEm|，h|EnEm|.2使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子：(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则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等于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁3原子跃迁时需要注意的两个问题(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，在某段时间内，由某一
14、轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，但是如果有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现(2)注意跃迁与电离：hEnEm只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大例4(多选)氢原子能级图如图4所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是()图4A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656nm
15、B用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C一群处于n3能级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n2跃迁到n3的能级答案CD解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，A错误；由EnEmh可知，B错误，D正确；根据C3可知，C正确针对训练2已知氢原子基态能量为13.6eV，下列说法中正确的有()A用波长为600nm的光照射时，可使稳定的氢原子电离B用光子能量为10.2eV的光照射时，可能使处于基态的氢原子电离C氢原子可能向外辐射出11eV的光子D氢原子可能吸收能量为1.89eV的光子答案D解析要使
