《高中物理人教选修35精讲优练课件18.4玻尔的原子模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理人教选修35精讲优练课件18.4玻尔的原子模型（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 玻尔的原子模型,一、玻尔原子理论的基本假设 1.轨道量子化: (1)原子中的电子在_的作用下,绕原子核做_。 (2)电子运行轨道的半径不是任意的,也就是说电子的轨道是_ (A.连续变化B.量子化)的。 (3)电子在这些轨道上绕核的转动是_的,不产生_。,库仑引力,圆周运动,B,稳定,电磁辐射,2.定态: (1)当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,原子在不同 的状态中具有不同的能量,即原子的能量是_的,这些量子化 的能量值叫作_。 (2)原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为_。能量最低的 状态叫作_,其他的状态叫作_。,量子化,能级,定态,基态,激发态,3.跃迁:当电子从能量较高
2、的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较 低的定态轨道(能量记为En,mn)时,会放出能量为h的光子,这个光 子的能量由前后两个能级的能量差决定,即h=_,该式被称为频 率条件,又称辐射条件。反之,当电子吸收光子时会从较低的能量态 跃迁到较高的能量态,吸收的光子能量同样由频率条件决定。,Em-En,【判一判】 (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。(),提示:(1)。玻尔认为电子运行轨道是量子化的,轨道
3、半径不是任意的,只有半径大小符合一定条件时,轨道才是有可能的。 (2)。玻尔认为电子运行轨道是量子化的,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,会放出符合辐射条件的光子。,二、玻尔理论对氢光谱的解释 1.氢原子的能级图:,2.解释巴耳末公式: (1)按照玻尔理论,原子从高能级(如从E3)跃迁到低能级(如到E2)时 辐射的光子的能量为h=_。 (2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所 处的_的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的 _符合得很好。,E3-E2,定态轨道,里德伯常量,3.解释气体导电发光:通常情况下
4、,原子处于基态,基态是最稳定的, 原子受到电子的撞击,有可能向上跃迁到_,处于激发态的原 子是_的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出_,最终回到基态。,激发态,不稳定,光子,4.解释氢原子光谱的不连续性:原子从较高能级向低能级跃迁时放 出光子的能量等于前后_,由于原子的能级是_的,所以 放出的光子的能量也是_的,因此原子的发射光谱只有一些分立 的亮线。 5.解释不同原子具有不同的特征谱线:不同的原子具有不同的结构, _各不相同,因此辐射(或吸收)的_也不相同。,两能级差,分立,分立,能级,光子频率,【判一判】 (1)玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末线系。() (2)处于基态的原子是不稳定的
5、,会自发地向其他能级跃迁,放出光子。() (3)不同的原子具有相同的能级,原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。(),提示:(1)。玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末线系,甚至预言氢原子的其他谱线。 (2)。处于基态的原子是最稳定的。 (3)。不同的原子具有不同的能级,原子跃迁时辐射的光子频率也不相同。,三、玻尔理论的局限性 1.玻尔理论的成功之处:玻尔理论第一次将_引入原子领域, 提出了_和_的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律。 2.玻尔理论的局限性:保留了_的观念,仍然把电子的运动 看作经典力学描述下的_。 3.电子云:原子中电子的坐标没有确定的值,我们只能说某时刻电子在 某点附近单位体
6、积内出现的概率是多少,如果用疏密不同的点表示电 子在各个位置出现的概率,画出图来就像云雾一样,故称_。,量子观念,定态,跃迁,经典粒子,轨道运动,电子云,【判一判】 (1)玻尔第一次提出了量子化的观念。() (2)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。() (3)电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。(),提示:(1)。玻尔第一次将量子观念引入原子的领域。 (2)。玻尔的原子理论模型成功地解释了氢原子的光谱规律,但对于稍微复杂的氦原子,玻尔理论则无法解释它的光谱现象。 (3)。原子中电子的坐标没有确定的值,电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。,一、对玻尔理
7、论的理解 思考探究: 如图所示为分立轨道示意图。,(1)电子的轨道有什么特点? (2)氢原子只有一个电子,电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生? 提示:(1)电子的轨道不是连续的,是量子化的,即只有半径的大小符合一定条件时,这样的半径才是有可能的。 (2)电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道时,会放出光子,当电子从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道时,会吸收光子。,【归纳总结】 1.轨道量子化:轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。 氢原子各条可能轨道上的半径rn=n2r1(n=1,2,3) 其中n是正整数,r1是离核最近的可能的轨道半径,r1=0.5310-10m。其余可能的轨道半径
8、还有0.212nm、0.477nm不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。,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,能量最低的状态称为基态,基态最稳 定,其他的状态叫作激发态,对氢原子,以无穷远处为势能零点时,其 能级公式En= E1(n=1,2,3) 其中E1代表氢原子的基态的能级,即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值,E1=-13.6eV。n是正整数,称为量子数。量子数n越大,
9、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,高能级Em 低能级En。 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。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。,【典例示范】(多选)由玻尔理论可知,下列说法中正确的是() 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
10、连续的 D.原子的轨道半径越大,原子的能量越大,【解题探究】 (1)如何解释原子的稳定存在? (2)怎样确定原子发光时光子的能量? 提示:(1)原子处在某一可能状态时不产生电磁辐射。 (2)原子发光时,辐射光子的能量等于两能级的能量差。,【正确解答】选B、D。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,由玻尔假设可知选项A、C错,B正确;原子轨道半径越大,原子能量越大,选项D正确。,【过关训练】 1.(多选)关于玻尔理论,以下叙述正确的是() A.原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动 B.当原子处于激发态时,原子
11、向外辐射能量 C.只有当原子处于基态时,原子才不向外辐射能量 D.不论当原子处于何种定态时,原子都不向外辐射能量,【解析】选A、D。据玻尔理论假设知选项A正确。不论原子处于何种定态,原子都不向外辐射能量,原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时,才辐射或吸收能量,所以选项B、C错,D正确。,2.(2015昆明高二检测)在氢原子光谱中,电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于巴耳末系,则这群氢原子自发跃迁时最多可能发出多少条不同频率的谱线() A.2B.5C.4D.6,【解析】故D。氢原子光谱中只有两条属于巴耳末系,即是从n=3,n=4 轨
12、道跃迁到n=2轨道,故电子的较高能级应该是在n=4的能级上。然后 从n=4向n=3,n=2,n=1跃迁,从n=3向n=2,n=1,从n=2向n=1跃迁,故这群 氢原子自发跃迁时最多能发出 =6条不同频率的谱线。,【补偿训练】 1.(多选)如图所示给出了氢原子的6种可能的跃迁, 则它们发出的光() A.a的波长最长B.d的波长最长 C.f比d光子能量大D.a频率最小 【解析】选A、C、D。能级差越大,对应的光子的能量越大,频率越大,波长越小。,2.(多选)按照玻尔原子理论,下列表述正确的是() A.核外电子运动轨道半径可取任意值 B.氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大 C.电子跃迁时,
13、辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定,即h=|Em-En| D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程,可能辐射能量,也可能吸收能量,【解析】选B、C。根据玻尔理论,核外电子运动的轨道半径是确定的值,而不是任意值,A错误;氢原子中的电子离原子核越远,能级越高,能量越大,B正确;由跃迁规律可知C正确;氢原子从激发态向基态跃迁的过程中,应辐射能量,D错误。,二、氢原子的跃迁规律 思考探究: 如图所示为氢原子能级图。,(1)当氢原子处于基态时,氢原子的能量是多少? (2)如果氢原子吸收的能量大于13.6eV,会出现什么现象? 提示:(1)当氢原子处于基态时,氢原子的能量最小,是-13.6eV。 (2)如果
14、氢原子吸收的能量大于13.6eV,会出现电离现象。,【归纳总结】 1.能级图的理解: (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n=1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。 (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
15、条数为 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。 h=Em-En(Em、En是始末两个能级且mn) 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: (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n+1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(E=En-Ek),就可使原子发生能级跃迁。,5.原子
16、的能量及变化规律: (1)原子中的能量:En=Ekn+Epn。 (2)氢原子中电子绕核运动时:,(3)当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。电子在可能的轨道上绕核运动时,r增大,则Ek减小,Ep增大,E增大;反之,r减小,则Ek增大,Ep减小,E减小,与卫星绕地球运行相似。,【典例示范】如图给出氢原子最低的四个能级。氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种,其中最低的频率为多少(保留两位有效数字)?,【解题探究】 (1)求解辐射光子的光谱线条数的两种方法是什么? 提示:利用跃迁规律直接在能级图上画出光谱线条数; 利用数学上的组合公式求出。 (2)频率最低的光子对应的能级差有何特点? 提示:频率最低的光子对应的能级
