【志鸿优化设计-赢在课堂】(人教版)2014-2015高中物理选修3-5课件184玻尔的原子模型

4玻尔的原子模型4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导学习目标1.能记住玻尔原子理论的基本假设的内容。2.记住能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。3.能记住氢原子光谱巴耳末系公式。4.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。重点难点重点:玻尔原子理论的基本假设。难点:对玻尔理论的理解。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导一、玻尔原子理论的基本假设1.轨道量子化玻尔认为,电子绕原子核做圆周运动,服从经典力学的规律,但轨道不能是任意的,只有半径在符合一定条件时,这样的轨道才是可能的,也就是说:电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导2.能量的量子化电子在不同轨道上运动时能量是不同的,轨道的量子化势必对应着能量的量子化,这些量子化的能量值叫作能级。这些具有确定的能量稳定状态称为定态,能量最低的状态叫作基态。也就是说,原子只能处在一系列不连续的能量状态中。氢原子基态能量为-13.6eV。3.频率条件当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会辐射出能量为hν的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=Em-En。反之会吸收光子。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导预习交流1氢原子的能量具体包括几种能量?答案: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。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导二、玻尔理论对氢原子光谱的解释1.玻尔理论解释巴耳末公式按照玻尔理论,从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν=Em-En;巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后的定态轨道的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好,同样,玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系。2.解释气体放电发光气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到激发态,激发态是不稳定的,会自发地向低能级跃迁,放出光子。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导3.解释氢原子光谱的不连续原子从较高的能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差,由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。预习交流2按照经典电磁理论的说法,只要给原子提供一定的能量,原子就会由低能量状态跃迁到高能量状态。实际上对于某种元素的原子,只有吸收一些特定大小的能量,原子才能从低能量状态向高能量状态跃迁,这是为什么呢?答案:原子只有吸收大小为两能级之差的能量才会发生跃迁。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导三、玻尔模型的局限性1.玻尔理论的成功之处玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律。2.玻尔理论的局限性对更复杂的原子发光,玻尔理论却无法解释,它的不足之处在于过多地保留了经典理论。把电子运动看成是经典力学描述下的轨道运动。3.电子云根据量子观念,核外电子的运动服从统计规律,而没有固定的轨道,我们只能知道它们在核外某处出现的概率大小,画出来的图像就像云雾一样,稠密的地方就是电子出现概率大的地方,把它形象地称作电子云。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导预习交流3电子在核外的运动有固定的轨道吗?玻尔模型中关于轨道量子化的理论如何理解?答案:在原子内部电子的运动无轨道可言。只不过当原子处于不同能级时,电子出现在rn=n2r1处的几率大。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、玻尔的原子理论活动与探究1.丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概论的启发下,他在1913年把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统,提出了自己的原子结构假说。你知道玻尔的假说是基于哪几个方面吗?4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:轨道量子化、能量量子化、跃迁量子化。玻尔认为:原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动,服从经典力学的规律。但不同的是电子运动轨道的半径不是任意的,而是量子化的;电子在不同轨道上运动,对应不同的状态,而不同的状态又具有不同的能量,因此原子的能量也是量子化的;电子在不同能量状态间跃迁需要放出或吸收光子,必须满足频率条件,即跃迁量子化。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测2.激发原子的方式有哪几种?答案:电磁辐射、电热或使粒子碰撞等。3.氢原子从高能级向低能级跃迁时,是不是能级越高,释放的光子能量越大?答案:不一定。氢原子从高能级向低能级跃迁时,所释放的光子能量一定等于能级差,氢原子所处的能级高,跃迁时能级差不一定大,释放的光子能量不一定大。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测4.荧光物质在紫外线照射下能够发出可见光,应如何解释这种现象呢?答案:紫外线光子能量较大,荧光物质的原子吸收紫外线后,跃迁到了较高的能级,在向低能级跃迁时,可能先跃迁到稍高能级,发出光子,再跃迁到基态,又发出光子,发出光子的能量低于紫外线光子能量,属于可见光。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例11914年,弗兰克和赫兹在实验中用电子碰撞静止的原子的方法,使原子从基态跃迁到激发态,来证明玻尔提出的原子能级存在的假设。设电子的质量为m,原子质量为m0,基态和激发态的能量差为ΔE,试求入射电子的最小动能。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测解析:设电子与原子碰撞前后的速率分别为v1和v2,原子碰撞后的速率为v,假设碰撞是一维正碰。由动量守恒定律有:mv1=mv2+m0v,由能量守恒定律有:12mv12=12mv22+12m0v2+ΔE,由上面两式得:m0(m0+m)v2-2mm0v1v+2mΔE=0。上式是关于v的二次方程,要使v有实数解,该方程的判别式Δ≥0,即Δ=(-2mm0v1)2-4m0(m0+m)×2mΔE≥0。所以,12mv12≥m0+mm0ΔE。可见,入射电子的最小动能为m0+mm0ΔE。答案:m0+mm0ΔE4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练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4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:ABC解析:选项中前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”概念;原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测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个轨道时,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。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。两种情况的辐射(或吸收)光子的频率不同,但都满足频率条件。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测二、玻尔理论对氢光谱的解释活动与探究如图所示为氢原子的能级图,你是如何认识的?4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。每一个定态对应一个能级,能级公式:En=E1n2(n=1,2,3,…),其中E1=-13.6eV;公式中的n叫作量子数,其中n=1的状态叫基态,n=2及以上的状态叫激发态。(2)横线左端的数字“1,2,3,…”表示量子数,右端的数字“-13.6,-3.40,…”表示氢原子的能级。(3)相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小。(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁条件为:hν=Em-En。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例2氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV,下列说法错误的是()A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应C.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测解析:紫外线的频率比可见光的高,因此紫外线光子的能量应大于3.11eV,而处于n=3能级的氢原子其电离能仅为1.51eV,小于3.11eV,所以处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离;大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光子能量小于1.51eV,小于1.62eV,即所发出的光子为有显著热效应的红外光子;大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可以辐射出的光子的种类为N=C42=6种,故选项D符合题意,故应选D。答案:D4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测误区警示:一个原子可以有许多不同的能量状态和相应的能级,但在某一时刻,一个原子不可能既处于这一状态也处于那一状态。如果有大量的原子,它们之中可能有的处于这一状态,有的处于那一状态。氢光谱的观测就说明了这一事实,它的光谱线不是一个氢原子发出的,而是不同的氢原子从不同的能级跃迁到另一些不同能级的结果。4玻尔的原子模型课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练2(2013·江苏单科)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如