《2019年高中物理 第2章 第3节 玻尔的原子模型学案 鲁科版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年高中物理 第2章 第3节 玻尔的原子模型学案 鲁科版选修3-5（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、玻尔的原子模型1.玻尔原子理论的内容：(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中。在这些状态中的原子是稳定的，不向外辐射能量。(2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，辐射或吸收一定频率的光子能量h。(3)原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。2氢原子不同能级时电子的轨道半径：rnn2r1(n1,2,3，)。氢原子在不同能级上的能量：EnE1(n1,2,3，)。1经典电磁理论的困境(1)按照经典电磁理论，原子辐射电磁波的频率应不断变化，这样大量原子发光的频率应当是连续光谱，而实际上原子光谱是不连续的。(2)按照经典电磁理论，电子辐射电磁波，能量不断减少，使得电子绕核运动的轨道半径也要减小，电
2、子应沿螺旋线轨道落入原子核，而实际上原子是稳定的。2玻尔原子理论(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中。在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。电子只能处在一些分立的轨道上，绕核转动而不产生电磁辐射。(2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，吸收(或辐射)一定频率的光子能量h，例如，原子从定态E2跃迁到定态E1，辐射的光子能量为hE2E1。(3)原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。原子的能量状态是不连续的，电子不能在任意半径的轨道上运行。轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足mevrn(n1,2,3，)的轨道才是可能的。n是正整数，称为量子数。
3、3能级在玻尔的原子理论中，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值叫做能级。4氢原子的能级结构根据玻尔理论，氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径应满足En(n1,2,3)，rnn2r1(n1,2,3)，式中，E113.6 eV，r10.531010 m。5玻尔理论对氢原子光谱的解释(1)基态：在正常或稳定状态时，原子尽可能处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，此时原子的状态叫做基态。(2)激发态：电子吸收能量后，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫做激发态。(3)能级跃迁：当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能
4、量，当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量。由于电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差，能量差值不同，发射的光频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光。1自主思考判一判(1)玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型。()(2)玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量。()(3)原子跃迁时吸收或辐射光子的能量必须是两能级之差。()(4)第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rmrnm2n2。()(5)第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为EmEnn2m2。()(6)当氢原子由能量为E的定态向低能级
5、跃迁时，其发光频率为。()2合作探究议一议(1)请详细阐述原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾。提示：电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。(2)玻尔理论是如何解释氢原子光谱特征的？提示：当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量。因为电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差。能量差值不同，发射光的频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光。 对玻尔原子模
6、型的理解1玻尔原子理论体现出的思想(1)轨道量子化思想：玻尔原子模型中保留了卢瑟福的核式结构，但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，轨量半径大小可以是任意的值。这样的轨道形式称为轨道量子化。(2)电子跃迁思想：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。(3)能量量子化思想：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。这样的能量形式称为能量量子化。2原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大
7、，原子向外辐射光子，原子总能量减小；反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子吸收光子，原子总能量增大。例1根据玻尔理论，氢原子放出一个光子后，氢原子的()A核外电子的电势能增大B核外电子的动能增大C核外电子的转动周期变大 D氢原子的能量增大思路点拨明确各能级的能量关系，利用圆周运动的特点及能量守恒定律进行分析。解析放出光子后，总能量减少，半径减小，库仑力做正功，电势能减小，A错误；由库仑定律和牛顿第二定律有，则Ekmv2，r减小，Ek变大，B正确；转动周期T，r减小，v增大，T减小，C错误；氢原子放出光子，即释放能量，原子能量减少，D错误。答案B(1)利用，可得Ekn，可判断量
8、子数变化时(轨道半径变化时)动能变化。(2)利用库仑力做功与电势能的变化关系判断电势能的变化情况，也可以从总能量的变化入手，由EnEknEpn，综合动能的变化判断电势能的变化情况。(3)周期可利用T或mrn判断式求出。 1关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是()A原子可以处于连续的能量状态中B原子的能量状态是不连续的C原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的解析：选B根据玻尔原子理论：电子轨道和原子能量都是量子化的，不连续的，处于定态的原子并不向外辐射能量，可判定B选项是正确的。2根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后()A原子的
9、能量增加，电子的动能减少B原子的能量增加，电子的动能增加C原子的能量减少，电子的动能减少D原子的能量减少，电子的动能增加解析：选D电子由高能级跃迁到低能级，库仑力对电子做正功，核外电子的动能增加。氢原子由高能级跃迁到低能级，原子向外辐射能量，原子的总能量减少，D正确。对氢原子的能级跃迁的理解1对氢原子能级图的理解(如图所示)(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态，氢原子可以有无穷多个能级值。(2)横线左端的数字“1,2,3”表示量子数。“1”表示原子处于基态，“2”“3”表示原子处于不同的激发态。(3)横线右端的数字“13.6，3.4，”表示氢原子各个状态的能量值。(4)n越大，能级线越
10、密，这表明量子数n越大，相邻的能量差越小。2原子能级跃迁时需注意的两个问题(1)注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，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。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NCn2。(2)注意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，如图所示。两种情况辐射(或吸收)光子的频率不同。3光子的辐射与吸收由于原子的能级是一系列不连续的值，任
11、意两个能级差也是不连续的，故原子只能辐射或吸收一些特定频率的光子。原子辐射或吸收光子的能量满足hEmEn(mn)，能级差越大，辐射或吸收光子的频率就越高。4实物粒子与原子碰撞实物粒子和原子碰撞时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，就可使原子受激发而向较高能级跃迁。例2多选关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是()A用波长为60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D用动能为12.
12、5 eV的电子撞击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态解析波长为60 nm的X射线，光子能量Eh6.631034 J3.321018 J20.75 eV。氢原子电离能：E0(13.6)eV13.6 eVE20.75 eV，所以可使氢原子电离，A项正确。据hEmEn得，Em1hE110.2 eV(13.6)eV3.4 eV，Em211.0 eV(13.6)eV2.6 eV。只有Em13.4 eV对应n2的状态，因电子绕核运动时，只能吸收能量恰好为两能级差的光子，所以只有能量为10.2 eV的光子可使氢原子从基态跃迁到激发态，B项正确；电子的动能大于10.2 eV，因此与处于基态的氢原子撞击时
13、，可以使氢原子吸收10.2 eV的能量跃迁到第二能级态，故D正确。答案ABD(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n1能级时能量不足，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，就可使原子发生能级跃迁。1一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子() A放出光子，能量增加B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少解析：选B氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，故选项B正确。2.根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示。电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”)。当大量He处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条。解析：由玻尔理论知，能级越低，电子的轨道半径越小，电子离核越近；当大量的氦离子处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线条数为C426。答案：近61
