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1、高中物理高中物理选修选修3-5粤教版粤教版第四节第四节 原子的能级结构原子的能级结构目标定位目标定位1.了解能了解能级、跃迁、能量量子化以及基迁、能量量子化以及基态、激、激发态等概念等概念.2.了解能了解能级跃迁伴随着能量迁伴随着能量变化，知道能化，知道能级跃迁迁过程中吸收或放出光子程中吸收或放出光子.3.能通能通过能能级跃迁解迁解释巴耳末系巴耳末系一、能级结构猜想一、能级结构猜想1由氢原子光谱是分立的，我们猜想原子内部的能量也是由氢原子光谱是分立的，我们猜想原子内部的能量也是_的的2原子内部不连续的能量称为原子的原子内部不连续的能量称为原子的_，原子从一个能级，原子从一个能级变化到另一个能级
2、的过程叫做变化到另一个能级的过程叫做_3能级跃迁中的能量关系：能级跃迁中的能量关系：_由此可知原子在由此可知原子在跃迁前、后的能级分别为跃迁前、后的能级分别为Em和和En，若原子由高能级向低能，若原子由高能级向低能级跃迁，这个过程中级跃迁，这个过程中_光子，若原子由低能级向高能光子，若原子由低能级向高能级跃迁，这个过程需吸收特定频率的级跃迁，这个过程需吸收特定频率的_或通过其他途或通过其他途径获得径获得_ 不不连续能能级hEmEn辐射射光子光子能量能量跃迁迁二、氢原子的能级二、氢原子的能级2能级状态能级状态(1)基态：在正常状态下氢原子处于基态：在正常状态下氢原子处于_的能级的能级E1(n1)
3、，这个最低能级对应的状态称为基态，氢原子在基态的能量这个最低能级对应的状态称为基态，氢原子在基态的能量为为_(2)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到_的能级的能级E2、E3上，这些能级对应的状态称为激发态上，这些能级对应的状态称为激发态量子化的量子化的量子数量子数最低最低13.6 eV较高高(3)跃迁：迁：处于激于激发态的的氢原子是不原子是不稳定的，它会向定的，它会向较低的低的能能级跃迁，迁，跃迁迁时释放出来的能量以光子形式向外放出来的能量以光子形式向外辐射，射，原子原子辐射出的光子的能量等于两能射出的光子的能量等于两能级间的的_，即，即h
4、EmEn(m2)能量差能量差三、氢原子的能级图和氢光谱线系的形成三、氢原子的能级图和氢光谱线系的形成1氢原子能级图氢原子能级图如如图341所示所示 图图3412氢光谱线系的形成氢光谱线系的形成能能级间的的跃迁迁产生不生不连续的的_，从不同能，从不同能级跃迁到某一迁到某一特定能特定能级就形成一个就形成一个_ ，如巴耳末，如巴耳末线系是系是氢原子从原子从n3、4、5等能等能级跃迁到迁到n2的能的能级时辐射出的光射出的光谱.谱线线系系一、对能级结构的理解一、对能级结构的理解1轨道量子化轨道量子化(1)轨道半径只能道半径只能够是一些不是一些不连续的、某些分立的数的、某些分立的数值(2)氢原子的原子的电
5、子最小子最小轨道半径道半径为r10.053 nm，其余，其余轨道道半径半径满足足rnn2r1，式中，式中n称称为量子数，量子数，对应不同的不同的轨道，道，只能取正整数只能取正整数2能量量子化能量量子化(1)不同不同轨道道对应不同的状不同的状态，在，在这些状些状态中，尽管中，尽管电子做子做变速运速运动，却不，却不辐射能量，因此射能量，因此这些状些状态是是稳定的，原子定的，原子在不同状在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的(2)基基态：原子最低的能量状：原子最低的能量状态称称为基基态，对应的的电子在离子在离核最近的核最近的轨道上运道上运动，氢原子
6、基原子基态能量能量E113.6 eV.(3)激激发态：较高的能量状高的能量状态称称为激激发态，对应的的电子在离子在离核核较远的的轨道上运道上运动3跃迁跃迁【例例1】(双选双选)(2014广州高二检测广州高二检测)按照玻按照玻尔尔原子理原子理论，下，下列表述正确的是列表述正确的是()A核外核外电子运子运动轨道半径可取任意道半径可取任意值B氢原子中的原子中的电子离原子核越子离原子核越远，氢原子的能量越大原子的能量越大C电子子跃迁迁时，辐射或吸收光子的能量由能射或吸收光子的能量由能级的能量差的能量差决定，即决定，即h|EmEn|D氢原子从激原子从激发态向基向基态跃迁的迁的过程，可能程，可能辐射能量，
7、射能量，也可能吸收能量也可能吸收能量答案答案BC解析解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知正确；由跃迁规律可知C正正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误错误针对训练针对训练1(单选单选)下列与玻下列与玻尔尔理理论有直接关系的叙述中，有直接关系的叙述中，错误的是的是()A电子子绕原子核做加速运原子核做加速运动
8、，但并不向外，但并不向外辐射能量，射能量，这时原子的状原子的状态是是稳定的定的B原子的一系列能量状原子的一系列能量状态是不是不连续的的C原子从一个能量状原子从一个能量状态跃迁到另一个能量状迁到另一个能量状态时，一定，一定要吸收或放出某一要吸收或放出某一频率的光子率的光子D氢原子由原子由带正正电的原子核和的原子核和带负电的的电子子组成，成，电子子绕原子核旋原子核旋转答案答案D二、原子能级和能级跃迁的理解二、原子能级和能级跃迁的理解1原子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收原子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收(或放出或放出)能量为能量为h的光子的光子(h是普朗克常量是普朗克常量)，这个光子
9、的能量由前、，这个光子的能量由前、后两个能级的能量差决定，即后两个能级的能量差决定，即hEmEn(mn)若若mn，则辐射光子，若，则辐射光子，若nm，则吸收光子，则吸收光子【例例2】(双选双选)(2014山东卷山东卷)氢原子能原子能级如如图342所示，当所示，当氢原子从原子从n3跃迁到迁到n2的能的能级时，辐射光的波射光的波长为656 nm.以以下判断正确的是下判断正确的是 ()A氢原子从原子从n2跃迁到迁到n1的能的能级时，辐射光的波射光的波长大于大于656 nmB用波用波长为325 nm的光照射，可使的光照射，可使氢原子原子 图图342从从n1跃迁到迁到n2的能的能级C一群一群处于于n3能
10、能级上的上的氢原子向低能原子向低能级跃迁迁时最多最多产生生3种种谱线D用波用波长为633 nm的光照射，不能使的光照射，不能使氢原子从原子从n2跃迁迁到到n3的能的能级答案答案CD借题发挥借题发挥1.一个氢原子和一群氢原子问题一个氢原子和一群氢原子问题(1)如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能如果是一个氢原子，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只能有一种光，但可能发出的光条数为(n1)种种(3)若知道每条发光的能量或频率，可根据已知情况判定光若知道每条发
11、光的能量或频率，可根据已知情况判定光线所在区域线所在区域2跃迁与电离问题跃迁与电离问题原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差若想把处于某一定态上的必须等于这两个能级的能量差若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量如基态原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量如基态氢原子电离，其电离能为氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于，只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电
12、离后产生的电子具有的动能越大光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大针对训练针对训练2如图如图343所示，氢原子从所示，氢原子从n2的某一能级跃的某一能级跃迁到迁到n2的能级，辐射出能量为的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子，问最少要的光子，问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图能的辐射跃迁图 图图343答案答案12.75 eV跃迁图见解析图跃迁图见解析图解析解析氢原子从氢原子从n2的某一能级跃迁到的某一能级跃迁到n2的能级，满足：的能级，满足：hEnE22.55 eVEnhE20.85 eV所以所以n4基态氢原子要跃迁到基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供的能级，应提供EE4E112.75 eV.跃迁图如图所示：跃迁图如图所示：
