《2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 2.4 玻爾的原子模型 能級(jí)課件 教科版選修3-5.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 2.4 玻爾的原子模型 能級(jí)課件 教科版選修3-5.ppt（70頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、4玻爾的原子模型能級(jí),一、玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論1.玻爾原子模型:(1)電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道不是任意的,而是一系列_______、_______軌道。(2)電子在這些軌道上繞核運(yùn)動(dòng)時(shí),原子是_____的,不_____________,也不吸收能量。,分立的,特定的,穩(wěn)定,向外輻射能量,2.定態(tài):當(dāng)電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),原子處于不同的狀態(tài)中,具有不同的能量,即原子的能量是_______的,這些量子化的能量值叫作_____。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài),稱為_____。,不連續(xù),能級(jí),定態(tài),3.躍遷:當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em,n>m)時(shí)

2、,會(huì)放出能量為hν的光子,該光子的能量hν=_____,該式被稱為頻率條件,又稱輻射條件。,En-Em,【想一想】氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),是不是氫原子所處的能級(jí)越高,釋放的光子能量就越大?提示:不一定。氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),所釋放的光子的能量一定等于能級(jí)差,氫原子所處的能級(jí)越高,躍遷時(shí)能級(jí)差不一定越大,釋放的光子能量也不一定越大。,二、用玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論解釋氫光譜1.解釋巴爾末公式:按照玻爾理論,從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)輻射的光子的能量為hν=En-Em;巴爾末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級(jí)躍遷之前和之后的_________的量子數(shù)n和2。并且理論上的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量的_____

3、______比較符合,同樣,玻爾理論也很好地解釋甚至預(yù)言了氫原子的其他譜線系。,定態(tài)軌道,里德伯常數(shù),2.解釋氫原子光譜的不連續(xù)性:原子從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量等于前后_________,由于原子的能級(jí)是_____的,所以放出的光子的能量也是_____的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。能量最低的狀態(tài)叫作_____,其他的能量狀態(tài)叫作_______。,兩能級(jí)差,分立,分立,基態(tài),激發(fā)態(tài),【判一判】(1)氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時(shí),總能量變大,電子動(dòng)能變小,勢能變大。()(2)大量原子從n=5的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí),產(chǎn)生的光譜線條數(shù)是4條。()(3)氫原子核外電子在能級(jí)1軌道

4、和能級(jí)2軌道運(yùn)行時(shí),軌道半徑之比為1∶4,軌道能級(jí)的絕對(duì)值之比為2∶1。(),(4)已知?dú)湓踊鶓B(tài)能量為-13.6eV,用能量為11eV光子的光照射時(shí),可使處于基態(tài)的氫原子電離。(),提示:(1)氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時(shí),電子繞核運(yùn)動(dòng)半徑變大,庫侖力做負(fù)功,動(dòng)能減小,勢能增大,吸收光子后才能被激發(fā),總能量增大。故(1)正確。(2)大量原子從激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí),產(chǎn)生的光譜線條數(shù)是N=條,因?yàn)閚=5,所以N=10條。故(2)錯(cuò)。,(3)因?yàn)閞n=n2r1,所以r1∶r2=1∶4,因?yàn)镋n=,所以E1∶E2=4∶1,故(3)錯(cuò)。(4)氫原子的電離能ΔE=0-(-13.6)eV=13.6eV>11

5、eV,因此處于基態(tài)的氫原子不能電離,故(4)錯(cuò)。,三、玻爾原子結(jié)構(gòu)理論的意義1.玻爾理論的成功之處:玻爾理論第一次將_________引入原子領(lǐng)域。提出了定態(tài)和躍遷的概念,成功地解釋了_______光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.玻爾理論的局限性:過多地保留了經(jīng)典理論,即保留經(jīng)典粒子的觀念,把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。,量子觀念,氫原子,【想一想】電子在核外的運(yùn)動(dòng)真的有固定軌道嗎?玻爾理論中的軌道量子化又如何解釋?提示:在原子內(nèi)部,電子繞核運(yùn)動(dòng)并沒有固定的軌道,只不過當(dāng)原子處于不同的定態(tài)時(shí),電子出現(xiàn)在rn=n2r1處的幾率大。,知識(shí)點(diǎn)一、對(duì)玻爾原子模型的理解思考探究:,如圖是原子的核式結(jié)構(gòu)模

6、型示意圖,請(qǐng)思考以下問題:(1)電子繞核運(yùn)動(dòng),是什么力提供向心力?(2)怎樣才能實(shí)現(xiàn)電子從軌道1躍遷到軌道2?(3)怎樣才能實(shí)現(xiàn)電子從軌道2躍遷到軌道1?,【歸納總結(jié)】1.軌道量子化:(1)軌道半徑只能是一些不連續(xù)的、某些分立的數(shù)值。(2)氫原子的電子最小軌道半徑為r1=0.053nm,其余可能的軌道半徑還有0.212nm、0.477nm…不可能出現(xiàn)介于這些軌道之間的其他值。(3)軌道半徑公式:rn=n2r1,式中n稱為量子數(shù),對(duì)應(yīng)不同的軌道,只能取正整數(shù)。,2.能量量子化:(1)與軌道量子化對(duì)應(yīng)的能量不連續(xù)的現(xiàn)象。(2)電子在可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),盡管是變速運(yùn)動(dòng),但它并不釋放能量,原子是穩(wěn)定的,

7、這樣的狀態(tài)也稱之為定態(tài)。,由于原子的可能狀態(tài)(定態(tài))是不連續(xù)的,具有的能量也是不連續(xù)的,這樣的能量值,稱為能級(jí),能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài),其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。對(duì)氫原子,以無窮遠(yuǎn)處為勢能零點(diǎn)時(shí),基態(tài)能量E1=-13.6eV。(3)其能級(jí)公式:En=,式中n稱為量子數(shù),對(duì)應(yīng)不同的軌道,n取值不同,基態(tài)取n=1,激發(fā)態(tài)n=2,3,4…;量子數(shù)n越大,表示能級(jí)越高。,(4)En=Ekn+Epn。①電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ekn氫原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí),電子與原子核間的庫侖力提供向心力,即氫原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)由上式可知,電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑r越大,Ek越小。,②電子與原子核間的電勢能Epn當(dāng)電子的軌道半徑增大時(shí)

8、,庫侖力做負(fù)功,原子的電勢能增大,反之電勢能減小。由此可見,電子在可能的軌道上繞核運(yùn)動(dòng)時(shí),r增大,則Ek減少,Ep增大,E增大;反之,r減小,則Ek增大,Ep減少,E減少。與衛(wèi)星繞地球運(yùn)行相似。,3.躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定,即高能級(jí)En低能級(jí)Em。可見,電子如果從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道,不是以螺旋線的形式改變半徑大小到達(dá)的,而是從一個(gè)軌道上“跳躍”到另一個(gè)軌道上。玻爾將這種現(xiàn)象叫作電子的躍遷。,【特別提醒】(1)處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的,而處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。(2)原子的能量與電子的軌道半徑相對(duì)應(yīng),軌道半徑大,

9、原子的能量大,軌道半徑小,原子的能量小。,【典例探究】【典例】氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中()A.原子要吸收光子,電子的動(dòng)能增大,原子的電勢能增大B.原子要放出光子,電子的動(dòng)能減小,原子的電勢能減小,C.原子要吸收光子,電子的動(dòng)能增大,原子的電勢能減小D.原子要吸收光子,電子的動(dòng)能減小,原子的電勢能增大,【思路點(diǎn)撥】解答該題應(yīng)注意把握以下三點(diǎn):(1)核外電子受力應(yīng)根據(jù)庫侖定律分析。(2)原子的能量應(yīng)根據(jù)能級(jí)公式分析。(3)結(jié)合能級(jí)高低判斷是吸收還是放出光子。,【正確解答】選D?？赏ㄟ^以下表格對(duì)選項(xiàng)逐一分析:,【總結(jié)提升】巧解氫原子的結(jié)構(gòu)問題(1)求解電子在某條軌

10、道上的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能時(shí),要將玻爾的軌道理論與電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力結(jié)合起來.即用兩公式結(jié)合判定.,(2)求解氫原子吸收一定頻率的光子躍遷時(shí)①原子在各定態(tài)之間躍遷時(shí)原子躍遷條件hν=En-Em,一次躍遷只能吸收一個(gè)光子的能量,且光子能量恰好等于兩能級(jí)之差。②當(dāng)原子向電離態(tài)躍遷時(shí),吸收的能量大于或等于原子所處能級(jí)的能量的絕對(duì)值.即hν≥E∞-Em,入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.一個(gè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)。該氫原子()A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量減少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量減少,【解析】選B。根據(jù)玻爾理論,氫原子能級(jí)越

11、高對(duì)應(yīng)的能量越大,當(dāng)氫原子從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子。,2.根據(jù)玻爾理論,下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()A.若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷,則氫原子要輻射的光子能量為hν=EnB.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),若圓周運(yùn)動(dòng)的頻率為ν,則其發(fā)光的頻率也是ν,C.一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道,已知ra>rb,則此過程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后,將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,【解析】選C。原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光子能量等于能級(jí)差,與En不同,故A錯(cuò);電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),處于某一定態(tài),不向外輻射能量,故B錯(cuò)

12、;電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道,能級(jí)降低,因而要輻射某一頻率的光子,故C正確;原子吸收光子后能量增加,能級(jí)升高,故D錯(cuò)。,知識(shí)點(diǎn)二、對(duì)原子能級(jí)躍遷的討論思考探究:,如圖是氫原子的能級(jí)圖,觀察圖片,請(qǐng)思考以下問題:(1)從軌道1躍遷到軌道3需吸收多少能量的光子?(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離至少需要多少能量?(3)一群氫原子由n=6的激發(fā)態(tài)向低能級(jí)躍遷,這些氫原子能發(fā)出幾條光譜線?,【歸納總結(jié)】1.能級(jí)躍遷:處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷,經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。所以一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí),可能輻射出的光譜線條數(shù)為:,2.光子的發(fā)射:原子由高能級(jí)向低

13、能級(jí)躍遷時(shí)以光子的形式放出能量,發(fā)射光子的頻率由下式?jīng)Q定。hν=En-Em(Em、En是始末兩個(gè)能級(jí)且n>m)能級(jí)差越大,放出光子的頻率就越高。,3.光子的吸收:由于原子的能級(jí)是一系列不連續(xù)的值,任意兩個(gè)能級(jí)差也是不連續(xù)的,故原子發(fā)射一些特定頻率的光子,同樣也只能吸收一些特定頻率的光子,原子吸收光子后會(huì)從較低能級(jí)向較高能級(jí)躍遷,吸收光子的能量仍滿足hν=En-Em(n>m)。,4.原子能量的變化:當(dāng)軌道半徑減小時(shí),庫侖力做正功,原子的電勢能Ep減小,電子動(dòng)能增大,原子能量減小;反之,當(dāng)軌道半徑增大時(shí),原子電勢能增大,電子動(dòng)能減小,原子能量增大。,5.原子躍遷時(shí)需注意的三個(gè)問題:(1)注意一群原

14、子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子,這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,在某段時(shí)間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí),可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)。,(2)注意直接躍遷與間接躍遷原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí),有時(shí)也可能是直接躍遷,有時(shí)也可能是間接躍遷。兩種情況輻射(或吸收)光子的頻率不同。,(3)注意躍遷與電離hν=En-Em只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況,對(duì)于光子和原子作用而使原子電離的情況,則不受此條件的限制,這是因?yàn)樵右坏╇婋x,原子結(jié)構(gòu)即被破壞,因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如

15、基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離,只,不過入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。,【特別提醒】實(shí)物粒子和原子碰撞時(shí),由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差,就可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷。,【典例探究】【典例】如圖所示是某原子的能級(jí)圖,a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光。在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中,譜線從左向右的波長依次增大,則正確的是(),【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)能根據(jù)能級(jí)躍遷圖判斷出各種光的能量,進(jìn)而判斷出波長的大小。,【正確解答】選C。根

16、據(jù)ΔE=hν,能級(jí)差越大,波長越小,所以a的波長最小,b的波長最大,答案選C。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1,從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2,已知普朗克常量為h,若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m,則()A.吸收光子的能量為hν1+hν2B.輻射光子的能量為hν1+hν2C.吸收光子的能量為hν2-hν1D.輻射光子的能量為hν2-hν1,【解析】選D。由躍遷假設(shè)及題意可知,hν1=Em-En,hν2=Ek-En,紅光頻率ν1小于紫光頻率ν2,所以能級(jí)k能量大于能級(jí)m能量,所以從能級(jí)k到能級(jí)m需要輻射光子,A、C兩項(xiàng)錯(cuò);hν3=Ek-Em,解三式得:h

17、ν3=hν2-hν1,D項(xiàng)正確。,2.(2015海南高考)氫原子基態(tài)的能量為E1=-13.6eV。大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)。由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中,頻率最大的光子能量為-0.96E1,頻率最小的光子的能量為________eV(保留2位有效數(shù)字),這些光子可具有________種不同的頻率。,【解析】頻率最大的光子能量為-0.96E1,即En-(-13.6eV)=-0.96(-13.6eV),解得En=-0.54eV即n=5,從n=5能級(jí)開始,根據(jù)可得共有10種不同頻率的光子。從n=5到n=4躍遷的光子頻率最小,根據(jù)E=E4-E5可得頻率最小的光子的能量為0.31eV。答案:0.3

18、110,【補(bǔ)償訓(xùn)練】原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí),有可能不發(fā)射光子,例如在某種條件下,鉻原子的n=2能級(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子,而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級(jí)上的電子,使之能脫離原子,這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng),以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子,已知鉻原子的能級(jí)公式可簡化表示為En=-A/n2,式,中n=1,2,3…,表示不同能級(jí),A是正的已知常數(shù),上述俄歇電子的動(dòng)能是(),【解析】選C.本題給出了一種新情境,但仍是屬于原子的躍遷.E2=-,E1=-A,E4=-,當(dāng)電子從n=2躍遷到n=1軌道時(shí)放出的能量為ΔE=E2-E1=A.用此能量加上俄歇電子電離的能量得俄歇電

19、子的動(dòng)能Ek=ΔE+E4=。選項(xiàng)C正確。,【溫馨提示】氫原子的躍遷與電離是高考的重點(diǎn)也是熱點(diǎn),這部分內(nèi)容高考通常以選擇題的形式出現(xiàn),題目主要考查的是對(duì)有關(guān)概念的理解,因此在平時(shí)的學(xué)習(xí)中一定要加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練。,【拓展例題】考查內(nèi)容:躍遷與電離的區(qū)別(1)(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā),下列措施可行的是()A.用12.09eV的光子照射B.用13eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用13eV的電子碰撞,(2)(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子電離,下列措施可行的是()A.用13.6eV的光子照射B.用15eV的光子照射C.用13.6eV的電子碰撞D.用15eV的電子碰撞,【思路點(diǎn)撥】解答本題需

20、按下列思路:,【正確解答】(1)選A、C、D.由躍遷條件知?dú)湓邮芗ぐl(fā)躍遷時(shí),只能吸收能量值剛好等于某兩能級(jí)之差的光子.根據(jù)氫原子能級(jí)圖不難算出12.09eV剛好為氫原子n=1和n=3的兩能級(jí)差,而13eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差,因此氫原子只能吸收前者,而不能吸收后者,對(duì)于14eV的光子則足以使氫原子電離,電離后的自由電子還具有0.4eV的動(dòng)能.至于13eV的電子,它,的能量通過碰撞可以部分地被氫原子吸收.綜上所述,選項(xiàng)A、C、D正確。(2)選A、B、D.基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV,則13.6eV的光子被氫原子吸收剛好電離,同理,15eV的光子和15eV的電子均可供氫原子

21、電離。至于13.6eV的電子,碰撞時(shí)電子不可能把13.6eV的能量全部傳遞給氫原子,因此用13.6eV的電子碰撞氫原子時(shí),氫原子不能電離.通過以上分析可知選項(xiàng)A、B、D正確.,一個(gè)氫原子與一群氫原子在能級(jí)分析中的差別1.如果是一個(gè)氫原子,該氫原子的核外電子在某時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,由這一軌道向另一軌道躍遷時(shí)只能有一種光,但可能發(fā)出的光譜線條數(shù)為(n-1)種。,2.如果是一群氫原子,核外電子在某時(shí)刻有多種可能軌道。每一個(gè)原子躍遷時(shí)只能發(fā)出一種光,多種軌道同時(shí)存在,光譜線條數(shù)N=。3.若知道每條光譜線發(fā)光的能量,可根據(jù)已知情況判定光線的波長或光線所在的區(qū)域。,【案例展示】已知?dú)湓踊鶓B(tài)的

22、電子軌道半徑為r1=0.52810-10m,量子數(shù)為n的能級(jí)值為En=(1)求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能。(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n=4的激發(fā)態(tài)。畫一能級(jí)圖,在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線。,(3)計(jì)算這幾條光譜線中波長最短的一條光譜線的波長。(其中靜電力恒量k=9.0109Nm2/C2,電子電量e=1.610-19C,普朗克恒量h=6.6310-34Js,真空中光速c=3.0108m/s),【正確解答】(1)設(shè)電子的質(zhì)量為m,電子在基態(tài)軌道上的速率為v1,根據(jù)牛頓第二定律和庫侖定律有=2.1810-18J=13.6eV(2)當(dāng)氫原子從量子數(shù)n=4的能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí),可以得到6條光譜線。如圖所示。,(3)與波長最短的一條光譜線對(duì)應(yīng)的能級(jí)差為E4-E1。,【易錯(cuò)分析】本題易錯(cuò)角度及錯(cuò)誤原因分析如下:,