《教科版高考物理选修3-5同步学案2-4玻尔的原子模型能级》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教科版高考物理选修3-5同步学案2-4玻尔的原子模型能级（10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 目标定位 1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等 概念 .3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型. 一、玻尔的原子结构理论 1定态：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：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h EnEm，式中 En和 Em分别 是原子的高能级和低能级 二、氢原子的轨道半
2、径和能级 1轨道半径：原子的不同能量状态对应于电子不同的运行轨道，原子的定态是不连续的，因而电子的可 能轨道也是不连续的轨道的半径rnn2r1(对于氢原子r1 0.53 10 10 m) 2能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，对应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 基态：能量最低的状态叫做基态 激发态：除基态之外的其他能量状态叫做激发态 3氢原子的能级 原子各能级的关系为En E1 n2 (n 1,2,3 ) ， 氢原子的基态能量E1 13.6 eV， 其他各激发态的能量为E2 3.4 eV，E3 1.51 eV 4能级图 氢原子的能级图如图1
3、所示 图 1 注意： (1)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(2)原子从基态跃迁到 激发态时要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量吸收或放出能量，这个能量 值不是任意的，而是两个能级间的能量差(3)n1 对应于基态，n对应于原子的电离 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 问题 3 一、对玻尔理论的理解 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)氢原子的电子最小轨道半径为r10.053 nm，其余轨道半径满足rn n2r1，式中 n 称为量子数，对应不同 的轨道，只能取正整数 2能量
4、量子化 (1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定 的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的 (2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1 13.6 eV. (3)激发态：较高的能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动 氢原子各能级的关系为：En 1 n2E 1(E1 13.6 eV，n 1,2,3，) 3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，光子的能量由这两种定态的能量差 决定，即高能级Em发射光子 hEmEn 吸收光子hEmEn低
5、能级 E n 【例 1】(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，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即h |EmEn| 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 答案BC 解析根据玻尔理论，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 【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 (
6、 ) 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；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：k e2 r2m v 2 r ，又 Ek 1 2 mv 2，所以 E k ke2 2r .由此式可知：电子离核越远，即r 越大时，电子的动能越小，故A、C 错
7、；由 r 变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而 判断 D 正确 借题发挥当氢原子从低能量态En向高能量态Em(nm)跃迁时， r 增大， Ek减小， Ep增大 (或 r 增大时， 库仑力做负功，电势能Ep增大 )， E 增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量h EmEn. 二、原子能级和能级跃迁的理解 1氢原子能级图 如图 2 所示 图 2 2根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n 的氢原子最后跃迁到基态时，可能发出的不同频率的 光子数可用NC2n nn1 2 计算 3原子从低能级向高能级跃迁：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
8、，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；原子从高能级向低能级跃 迁，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 【例 3】(多选 )如图 3 所示是氢原子四个能级的示意图，当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射一定频 率的光子，则以下说法正确的是( ) 图 3 A一个处于n3 能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出三种不同频率的光子 B根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小 Cn4 能级的氢原子自发跃迁时，辐射光子的能量最大为12.75 eV D 一个处于基态的氢原子可以吸收任意频率的光子后跃迁到高能级 答案BC 解析一个处于
9、n3 能级的氢原子最多可辐射出两种不同频率的光子，一群处于n3 能级的氢原子最多 可辐射出三种不同频率的光子，A 选项错误；氢原子辐射光子后，由高能级跃迁到低能级，电子的轨道半 径减小，动能增大，氢原子总能量减小，电势能减小，故B 选项正确；由能级跃迁条件，氢原子只吸收或 放出特定频率的光子，可知C 选项正确， D 选项错误 借题发挥(1)如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨 道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光条数为(n 1)种 (2)如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道每一个跃迁时只能发出一种光， 多种轨道同时存
10、在，发光条数N nn1 2 . (3)若知道每条发光的能量或频率，可根据已知情况判定光线所在区域. 对玻尔理论的理解 1(多选 )玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( ) A原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量 B原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收 )一定频率的光子 D 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 答案ABC 解析A、B、C 三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就 是“量子化”的概念原子的不同能
11、量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化 概念的结合原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关 2(多选 )对氢原子能级公式En E1 n 2的理解，下列说法中正确的是 ( ) A原子定态能量En是指核外电子动能与核之间的静电势能的总和 B En是负值 CEn是指核外电子的动能，只能取正值 D 从式中可以看出，随着电子运动半径的增大，原子总能量减少 答案AB 解析这里是取电子自由态作为能量零点，所以电子处在各个定态中能量均是负值，En表示核外电子动能 和电子与核之间的静电势能的总和，所以选项A、B 对， C 错，因为能量是负值，所以n 越大， En越大 氢原子能级及
12、跃迁 3(多选 )氢原子能级如图4 所示， 当氢原子从n3 跃迁到 n 2的能级时， 辐射光的波长为656 nm.以下判 断正确的是 ( ) 图 4 A氢原子从n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于656 nm B用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n 1跃迁到 n2 的能级 C一群处于n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3 种谱线 D 用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2 跃迁到 n3 的能级 答案CD 解析由氢原子能级图可知氢原子从n2 跃迁到 n1 的能级的能级差大于从n 3 跃迁到 n2 的能级的 能级差，根据|EnEm| h 和 c 可知， |EnE
13、m| h c ，选项 A 错误；同理从n 1 跃迁到n2 的能级 需要的光子能量大约为从n3 跃迁到 n2 的能级差的五倍左右，对应光子波长应为从n3 跃迁到 n2 的能级辐射光波长的五分之一左右，选项B错误；氢原子从n3 跃迁到 n1 的能级的能级差最多有三种 情况，即对应最多有三种频率的光谱线，选项C 正确；氢原子在不同能级间跃迁必须满足|EnEm| h c ， 选项 D 正确 4用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三 条谱线，且 321，则 ( ) A01B321 C0123D. 1 1 1 2 1 3 答案B 解析大量氢原子跃迁时，只
14、有三种频率的光谱，这说明是从n 3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有， h3 h 2 h1，解得：321，选项 B 正确 (时间： 60分钟 ) 题组一对玻尔理论的理解 1(多选 )根据玻尔理论，以下说法正确的是( ) 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不连续的 D 原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差 答案BCD 解析根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故选项A 错误， 选项 B 正确 玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径
15、是量子化的，不连续的， 选项 C 正确原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个轨道的能量差， 故选项 D 正确 2(多选 )关于玻尔理论，下列说法正确的是( ) A玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动 B玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础 C玻尔理论的成功之处是引入了量子观念 D 玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念 答案BC 3根据玻尔理论，某原子从能量为E 的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为 的光以h 表示 普朗克常量，c 表示真空中的光速，E等于(
16、 ) A Eh c BEh c CEh c DEh c 答案C 解析释放的光子能量为h h c ，所以 E E h E h c . 4根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( ) A若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为h En B电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为，则其发光的频率也是 C一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知rarb，则此 过程原子要辐射某一频率的光子 D 氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁 答案C 解析原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不相等，故A 错；电 子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B 错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的 轨道， 能级降低， 因而要辐射某一频率的光子，故 C 正确； 原子吸收光子后能量增加，能级升高， 故 D 错 题组二氢原子能级及跃迁 5(多选 )光子的发射和吸收过程是(
