高二物理鲁科版选修3-5课件：2.3 玻尔的原子模型

-1-第3节玻尔的原子模型-2-第3节玻尔的原子模型首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习情境导入课程目标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?1.知道玻尔的原子模型。会用hν=E2-E1进行简单计算。2.知道能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。3.了解氢原子的能级结构。-3-第3节玻尔的原子模型JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习1.玻尔原子模型内容定态原子只能处于一系列能量不连续的状态中。在这些状态中,原子是稳定的,电子虽然做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫做定态跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时,吸收(或辐射)一定频率的光子能量hν轨道原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。原子的能量状态是不连续的,电子不能在任意半径的轨道上运行。只有轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足mevr=nℎ2π(n=1,2,3,…),这些轨道才是可能的。n是正整数,称为量子数-4-第3节玻尔的原子模型JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习2.氢原子的能级结构(1)能级:按照玻尔的原子理论,原子只能处于一系列不连续的能量状态。在每个状态中,原子的能量值都是确定的,各个确定的能量值叫做能级。(2)氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径为En=𝐸1𝑛2(n=1,2,3,…);rn=n2r1(n=1,2,3,…),式中,E1≈-13.6eV,r1=0.53×10-10m。(3)在正常或稳定状态时,原子尽可能处于最低能级,电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道,这时原子的状态叫做基态。(4)电子吸收能量后,从基态跃迁到较高的能级,这时原子的状态叫做激发态。-5-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二玻尔的原子模型●问题导引●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理论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下,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。那么在玻尔的头脑中,原子模型会是一幅什么图景呢?提示:轨道是量子化的,定态中的能量是量子化的。-6-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二●名师精讲●1.轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。模型中保留了卢瑟福的核式结构,但他认为核外电子的轨道是不连续的,它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动,而不是像行星或卫星那样,能量大小可以是任意的量值。例如,氢原子的电子最小轨道半径为r1=0.053nm,其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm…不可能出现介于这些轨道之间的其他值。-7-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二2.能量量子化与轨道量子化对应的能量不连续的现象。电子在可能轨道上运动时,尽管是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,这样的状态也称之为定态。由于原子的可能状态(定态)是不连续的,具有的能量也是不连续的,这样的能量值,称为能级,能量最低的状态称为基态,其他的状态叫做激发态。对氢原子,以无穷远处为势能零点时,基态能量E1=-13.6eV。其能级公式:En=𝐸1𝑛2,式中n称为量子数,对应不同的轨道,n取值不同,基态取n=1,激发态n=2,3,4…;量子数n越大,表示能级越高。-8-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二3.跃迁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低能级En。可见,电子如果从一个轨道到另一个轨道,不是以螺旋线的形式改变半径大小的,而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫做电子的跃迁。特别提醒(1)外于基态的原子是稳定的,而处于激发态的原子是不稳定的。(2)原子的能量与电子的轨道半径相对应,轨道半径大,原子的能量大,轨道半径小,原子的能量小。-9-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二【例题1】玻尔提出的原子结构模型中,所作的假设有()A.原子处于定态时,电子虽做加速运动,但并不辐射能量B.原子的不同电子绕核沿不同轨道运动C.电子从核外一轨道跃迁到另一轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子D.电子跃迁时辐射光子的频率等于电子绕核运动的频率点拨:电子的轨道是一些不连续的某些分立的值,不同轨道对应不同的能量值。电子在可能的轨道上,不向外辐射能量,状态稳定,原子处于一系列不连续的能量状态。原子从一种定态跃迁到另一种定态时要吸收或辐射一定频率的光子。-10-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二解析: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。答案:ABC题后反思玻尔原子模型的核心内容:三个量子化,即能级、跃迁和轨道都是不连续的,是量子化的。-11-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二氢原子能级跃迁问题●问题导引●氢原子从高能级向低能级跃迁时,是不是氢原子所处的能级越高,释放的光子能量越大?提示:不一定。氢原子从高能级向低能级跃迁时,所释放的光子的能量一定等于能级差,氢原子所处的能级越高,跃迁时能级差不一定大,释放的光子能量不一定越大。-12-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二●名师精讲●内容和规律实质跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道,而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)能量当轨道半径减小时,库仑力做正功,原子的电势能Ep减小,电子动能增大,原子能量减小。反之,轨道半径增大时,原子电势能增大,电子动能减小,原子能量增大-13-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二跃迁1.原子若是吸收光子的能量而被激发,其光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收2.原子若是吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=En-Ek),就可使原子发生能级跃迁发光氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时可能直接跃迁到基态,也可能先跃迁到其他低能级的激发态,然后再到基态,因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性,其可能的值为C𝑛2,即𝑛(𝑛-1)2种可能情况-14-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二【例题2】有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,当它们跃迁时:(1)有可能放出几种能量的光子?(2)在哪两个能级间跃迁时,所发出的光子的波长最长?波长是多少?点拨:本题中氢原子在n=3的定态,原子处于激发态,电子可能从n=3轨道向低轨道跃迁,向外以光子形式辐射能量,辐射的光子能量E=hν,等于两定态能级的能量之差,可放出C32种频率的光子。由hν=ΔE知λ=ℎ𝑐Δ𝐸,波长最长的光子对应的ΔE最小。-15-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二解析:(1)由n=3的激发态向低能级跃迁的路径为n3→n2→n1或n3→n1,故能放出三种能量的光子。(2)上述三种跃迁辐射中,由n3⇒n2的跃迁能级差最小,辐射的光子能量最小,波长最长。由氢原子能级图知E2=-3.4eV,E3=-1.51eV。hν=E3-E2,由ν=𝑐𝜆可得λ=ℎ𝑐𝐸3-𝐸2=6.63×10-34×3×1081.89×1.6×10-19m=6.58×10-7m。答案:(1)3(2)n3→n2的跃迁6.58×10-7m-16-第3节玻尔的原子模型ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二题后反思氢原子从高能级向低能级跃迁时,对一个氢原子来说,可能辐射N=n-1种频率的光子;对一群氢原子而言,则可能辐射N=𝑛(𝑛-1)2种频率的光子。触类旁通在上题中,有一个氢原子处于量子数为n=3的激发态,当它跃迁时,有可能放出几种能量的光子?解析:可能放出的光子的个数N=n-1=2种。答案:2-17-第3节玻尔的原子模型SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点123451.原子的能量量子化现象是指()A.原子的能量是不可改变的B.原子的能量与电子的轨道无关C.原子的能量状态是不连续的D.原子具有分立的能级解析:正确理解玻尔理论中量子化概念是解题的关键。根据玻尔理论,原子处于一系列不连续的能量状态中,这些能量值称为能级,原子不同的能量状态对应于不同的圆形轨道,故选项C、D正确。答案:CD-18-第3节玻尔的原子模型SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点123452.氢原子辐射出一个光子后,则()A.电子绕核旋转半径增大B.电子的动能增大C.氢原子电势能增大D.原子的能级值增大解析:由玻尔理论可知,氢原子辐射光子后,应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道,在此跃迁过程中,电场力对电子做了正功,因而电势能应减小。由经典电磁理论知,电子绕核做匀速圆周运动的向心力为氢核对电子的库仑力k𝑒2𝑟2=m𝑣2𝑟,所以Ek=12mv2=𝑘e22𝑟。可见,电子运动半径越小,其动能越大。再结合能量转化与守恒定律,氢原子放出光子,辐射出一定的能量,所以原子的总能量减少,只有B选项正确。答案:B-19-第3节玻尔的原子模型SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点123453.用一束单色光照射处于基态的一群氢原子,这些氢原子吸收光子后处于激发态,并能发射光子。现测得这些氢原子发射的光子频率仅有三种,分别为ν1、ν2和ν3,且ν1ν2ν3。则入射光子的能量应为()A.hν1B.hν2C.h(ν1+ν2)D.hν3解析:处于基态的一群氢原子,受激后发射的三种光子中频率最大的为ν3,且ν3=ν1+ν2,要发射出这种光子,氢原子应激发到与基态能级差为hν3的能级上,所以,入射光的能量应为hν3或h(ν1+ν2),C、D选项正确。答案:CD-20-第3节玻尔的原子模型SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点123454.已知氢原子处于激