高二物理人教版选修3-5课件第十八章4玻尔的原子模型

第十八章原子结构目标定位1.知道玻尔原子理论的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光谱．学案4玻尔的原子模型知识探究自我检测按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动．我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢？答案不是．在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值．一、对玻尔理论的理解知识探究问题设计要点提炼玻尔原子模型的三点假设1．轨道量子化(1)轨道半径只能够是某些的数值．(2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0.053nm，其余轨道半径满足rn＝，n为量子数，n＝.分立n2r11,2,3，…2．能量量子化(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)基态原子的能量状态称为基态，对应的电子在离核最的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝.最低近－13.6eV(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＝.(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3，…)1n2E13．能级跃迁与光子的发射和吸收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hν＝Em－En吸收光子hν＝Em－En低能级En.二、玻尔理论对氢光谱的解释根据氢原子的能级图，说明：(1)氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出的光子的频率如何计算？答案氢原子辐射光子的能量取决于两个能级的能量差hν＝Em－En(nm)．问题设计(2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁，此时能辐射出多少种频率不同的光子？图1答案氢原子能级跃迁图如图所示．从图中可以看出能辐射出6种频率不同的光子，它们分别是n＝4→n＝3，n＝4→n＝2，n＝4→n＝1，n＝3→n＝2，n＝3→n＝1，n＝2→n＝1.要点提炼1．原子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收(或放出)能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的决定，即hν＝(mn)．若由m→n，则光子，若由n→m，则光子．能量差Em－En辐射吸收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N＝C2n＝计算．nn－12三、玻尔理论的局限性1．玻尔理论的成功之处在于把思想引入了原子结构理论，提出了和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律．2．玻尔理论的不足之处在于保留了的观念，把电子的运动仍看做经典力学描述下的轨道运动，没有彻底摆脱理论的框架．量子定态经典粒子经典典例精析例1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一、对玻尔理论的理解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级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念．原子的不同能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．答案ABC例2如图2所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光子中，波长最长的是()二、氢原子的跃迁规律分析图2A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B．n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子C．n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子D．n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子答案B三、氢原子跃迁中的能量问题例3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过程中()A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大解析由库仑力提供向心力，即ke2r2＝mv2r，Ek＝12mv2＝ke22r，由此可知电子离核越远，r越大，则电子的动能越小，故A、C错误；因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增大，B错误；结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确．答案D课堂要点小结玻尔的原子模型玻尔原子理论的基本假设定态假设能量假设：hν＝Em－Enmn轨道假设玻尔理论对氢原子光谱的解释氢原子能级公式：En＝E1n2n＝1，2，3…氢原子能级图玻尔理论的成功与局限性123自我检测1．(对玻尔理论的理解)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，B正确．玻尔理论中的假设轨道，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的、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，光子的能量取决于两个轨道的能量差，故选项D正确．答案BCD1231232．(氢原子的跃迁规律分析)如图3所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()图3123A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4123解析原子A处于激发态E2，它只能辐射出1种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，辐射出3种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时，只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B项正确．答案B1233．(氢原子跃迁中的能量问题)氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4eV，氦离子能级的示意图如图4所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢气．求：图4123(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？解析一群氦离子跃迁时，一共发出N＝nn－12＝6种光子由频率条件hν＝Em－En知6种光子的能量分别是由n＝4到n＝3hν1＝E4－E3＝2.6eV由n＝4到n＝2hν2＝E4－E2＝10.2Ev由n＝4到n＝1hν3＝E4－E1＝51.0eV123由n＝3到n＝2hν4＝E3－E2＝7.6eV由n＝3到n＝1hν5＝E3－E1＝48.4eV由n＝2到n＝1hν6＝E2－E1＝40.8eV由发生光电效应的条件知，hν3、hν5、hν6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应．答案3种123(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少？解析由光电效应方程Ek＝hν－W0知，能量为51.0eV的光子使氢原子逸出的光电子初动能最大，将W0＝13.6eV代入Ek＝hν－W0，得Ek＝37.4eV.答案37.4eV