4。原子的能级结构解析

第四节原子的能级结构问题:原子光谱是一些分立的谱线,为什么会这样?一,能级结构猜想与玻尔理论1.氢原子发光,其能量减少,原子从一个状态变化到另一个状态.如果能量是连续减少的,其发射光谱应当是连续光谱.但氢原子光谱是明线光谱.表明原子内部的能量状态是不连续的.2.能级与跃迁:原子内部不连续的能量状态称为能级.原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁.3.原子从高能级跃迁到低能级,发射光子.原子吸收特定频率的光子或通过其它途径获得能量从低能级跃迁到高能级.hEE初末4.玻尔原子能级结构假设:1)原子只能处于一系列不连续的能量状态,在这些状态中能量是稳定的,这些状态叫做定态.4321E4E3E2E1定态假设2)原子从一种定态跃迁到另一种定态,辐射或吸收一定频率的光子hEE初末跃迁假设4321E4E3E2E1跃迁公式：3)原子的不同能量状态对应于电子不同的轨道,由于原子的能量状态是不连续的,电子可能的轨道也是不连续的.轨道假设4321hν=E初–E未rn=n2r121nEEn=能级公式二.氢原子的能级:1.氢原子可能的轨道:21011,0.5310,.nrnrrm为离核最近的轨道在各轨道上对应的能级(包括电子的动能和电势能的总和)1121,13.6(nEEEeVn其中取无限远处的电势能为0)（1）动能跟n的关系由nnnrmvrke222得2221221nrkemvEnnkn（2）速度跟n的关系nrmrkevnnn112（3）周期跟n的关系332nrvrTnnnn以上关系式跟卫星绕地球运转的情况相似。2.对氢原子的任何能级而言,电势能的绝对值等于电子动能值的2倍,因此电子绕核运动的动能恰好等于能级的绝对值.3.基态与激发态:1)基态:正常状态下,原子处于最低能级,这时原子在离核最近的轨道上运动.这种定态叫基态.2)激发态:电子受到激发,从基态跃迁到较高的能量状态,在离核较远的轨道上运动,这些定态,叫激发态.4.:.hEE初末能级跃迁的条件只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.即无论是吸收能量还是辐射能量,能量都不是任意的,它只能是等于原子能级的能级差.但电离的情况不受此限制.只要大于或等于某一定态的电离能,入射光子的能量都能被该定态的原子所吸收而发生电离.由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子所吸收,只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发向较高能级跃迁.5.能级的间隔是不同的.能级越高,相邻能级的能级差越小.6.大量处于n定态的原子,自发辐射产生的光谱线的条数为(1)2nnN氢原子谱线示意图2.氢原子的能级图（演示）－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞基态激发态二.玻尔理论对氢光谱的解释赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系普丰德系n=6n=5n=4n=1n=3n=2（巴尔末系）二.玻尔理论对氢原子发射光谱的解释HδHγHβHα221111()3,4,5,...2Rnnm7　　巴耳末公式R=1.1010　　里德伯常量二.玻尔理论对氢原子吸收光谱的解释HδHγHβHαn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴尔末系氢吸收光谱玻尔理论能够十分圆满地解释氢光谱并且预言了氢原子辐射电磁波谱的问题，但是也有它的局限性．在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难．三.玻尔模型的局限性氦原子光谱牛顿力学只适用于低速运动（相对于光速）的宏观物体，对于微观粒子的运动，牛顿力学不适用了。例1.氢原子的基态能量为E1，图中的四个能级图，正确代表氢原子能级的是()C例2.下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的C例3.用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为A.hν1；B.hν3；C.h(ν1+ν2)；D.h(ν1+ν2+ν3)答案：BC2008年高考物理广东卷6例4.有关氢原子光谱的说法正确的是（）A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只能发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关BC2008年高考理综山东卷38(1)例6.在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群氢原子自发跃过时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发生条不同频率的谱线．6例7.大量氢原子处于n＝4的激发态，当它们向各较低能级跃迁时，对于多种可能的跃迁，下面说法中正确的是（）A．最多只能放出4种不同频率的光子B．从n＝4能级跃迁到n＝1能级放出的光子波长最长C．从n＝4能级跃迁到n＝1能级放出的光子频率最大D．从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的光子波长等于从n＝2能级跃迁到n＝1能级放出的光子波长C08年深一模例8.如图所示为氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态（量子数n=1）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()A．13.6eVB．3.4eVC．10.2eVD．12.09eVn∞2341E（eV）－3.4－1.51－0.850-13.6D例9.欲使处于基态的氢原子受激发,下列措施可行的是()A.用10.2eV光子照射。B.用11eV光子照射。C.用14eV的光子照射。D.用11eV的电子碰撞。ACD例10.氢原子中核外电子从第三能级跃迁到第二能级时，辐射出的光照射在某种金属上恰能使其产生光电效应，那么处于第四能级的氢原子向低能级跃迁时辐射的各种频率的光中能使该金属发生光电效应的应该有…()A．3种B．5种C．4种D．6种B例11.处于基态的一群氢原子受某种单色光照射时，只能发射甲、乙、丙三种单色光，其中甲光的波长最短而丙光的波长最长．则甲、丙这两种单色光的光子能量之比E甲：E丙等于……()A．3：2B．6：1C．32：5D．9：4C例12.大量氢原子处于n＝5的激发态，它们自发地跃迁到低能级，在多种可能的跃迁中，设从n＝5直接跃迁到n＝2和从n＝5跃迁到n＝1中放出光子的能量分别为E1和E2，则下面说法正确的是：()A．从n＝5跃迁可能放出8种不同频率的光子B．在n＝1的轨道，电子动能最大C．在n＝1的轨道，电子的动能和势能总和最大D．E1＜E2BD例13.有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度v0与之发生碰撞.己知：碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收。从而该原子由基态跃迁到激发态，然后，此原子向低能级态跃迁，并发出光子．如欲碰后发出一个光子，则速度v0至少需要多大？己知氢原子的基态能量为E1(E10)。解：,mvmv2022022121mvmvE11243EEEEmEv103