2017教科版高中物理选修(3-5)2.4《玻尔的原子模型--能级》ppt教学课件

4玻尔的原子模型能级1．了解玻尔原子理论的主要内容；2．了解能级、能量量子化概念；3．了解基态、激发态的概念；4．了解玻尔模型的局限性．一、玻尔理论的三条假设定态假设原子只能处于一系列不连续的状态中，在这些状态中原子是的．电子虽然绕核旋转，但并不向外能量，这些状态叫．能量稳定辐射定态能量假设原子从一种定态(能量为Em)到另一定态(能量为En)时，它辐射(或吸收)一定频率的，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即.注意：电子如果从一个轨道到另一个轨道，是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上，玻尔将这种现象称为跃迁．轨道假设原子的不同能量状态对应于电子不同的运行，原子的定态是的，因而电子的可能轨道也是的．轨道的半径(对于氢原子r1＝0.53×10－10m)．跃迁光子hν＝Em－En轨道不连续不连续rn＝n2r1二、能级能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，对应的能量也是不连续的，即原子的能量是的，这些量子化的能量值叫做．基态：能量最低的状态叫做．发态：除基态之外的其他能量状态叫做．氢原子的能级原子各能级的关系为En＝E1n2(n＝1,2,3……)，氢原子的基态能量E1＝eV，其他各激发态的能量为E2＝eV，E3＝eV…量子化能级基态激发态－13.6－3.4－1.51能级图氢原子的能级图如图2-4-1所示．图2-4-1注意：(1)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．(2)原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量．吸收或放出能量，这个能量值不是任意的，而是两个能级间的能量差．(3)n＝1对应于基态，n→∞对应于原子的电离．三、玻尔模型的局限性局限性：成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释稍微的原子的光谱现象．原因：保留了的观念，把电子的运动仍然看做描述下的运动．复杂一点经典粒子经典力学轨道一、玻尔的原子模型的主要物理思想轨道量子化：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．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．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发射光子hν＝Em－En吸收光子hν＝Em－En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．二、氢原子的跃迁与电离及吸收与辐射能量问题跃迁：根据玻尔理论，当原子从低能态向高能态跃迁时，必须吸收光子才能实现．相反，当原子从高能态向低能态跃迁时，必须辐射光子才能实现，跃迁时不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．电离：原子一旦电离，原子结构被破坏，而不再遵守有关原子结构理论，如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要能量大于或等于13.6eV的光子都能使基态的氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的动能就越大，不论原子处于什么状态，只要入射光子的能量大于该状态的电离所需要的能量就可使之电离．辐射光谱线的条数：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线的条数为N＝12n(n－1)．跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，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．【典例1】关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是()．A．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力B．电子绕核运动的轨道半径只能取某些特定的值，而不是任意的C．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些分立值D．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率对玻尔假设的理解解析由玻尔理论知，A、B正确；因电子轨道是量子化的，所以原子的能量也是量子化的，C错误；电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，原子辐射的能量与电子绕核运动无关，D错误．答案AB【变式1】根据玻尔的原子模型，原子中电子绕核运动的半径()．A．可以取任意值B．可以在某一范围内任意取值C．可以取一系列不连续的任意值D．是一系列不连续的特定值解析本题考查玻尔原子理论．由轨道量子化知正确选项为D.答案D【典例2】关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是()．A．用波长为60nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B．用能量为9.2eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．用能量为11.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．用能量为12.5eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态氢原子能级跃迁问题解析波长为60nm的X射线能量E＝hcλ，E＝6.63×10－34×3×10860×10－9J＝3.32×10－18J＝20.75eV，氢原子的电离能ΔE＝0－(－13.6)eV＝13.6eVE＝20.75eV所以可使氢原子电离，A正确．由hν＝Em－E得：Em1＝hν＋E＝9.2eV＋(－13.6)eV＝－4.4eV，Em2＝11.0eV＋(－13.6)eV＝－2.6eV，Em3＝12.5eV＋(－13.6)eV＝－1.1eV，由于电子绕核运动时吸收光子只能吸收恰好为两能级差能量的光子，由E＝E1n2可知B、C、D均不对．答案A借题发挥在处理氢原子的辐射(或吸收)的问题时，切记辐射(或吸收)的光子能量必须等于两个能级差，不可能辐射(或吸收)两个能级差之外能量的光子；处于高能量状态的氢原子可能向各个低能量状态跃迁而辐射出若干可能频率的光子，因此画辐射跃迁图时要注意各种可能的辐射．【变式2】欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()．A．用10.2eV的光子照射B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射D．用10eV的光子照射解析由氢原子能级图算出只有10.2eV为第2能级与基态之间的能级差．大于13.6eV的光子能使氢原子电离．答案AC光子、实物粒子使原子跃迁的区别根据光子说，每一个光子的能量hν均不可“分”，也只有频率ν＝En－Ekh的光子才能使k态的原子跃迁到n态．实物粒子与光子不同，其能量不是一份一份的．实物粒子使原子发生能级跃迁是通过碰撞来实现的．当实物粒子速度达到一定数值，具有一定的动能时，实物粒子与原子发生碰撞，其动能可全部或部分地被原子吸收，使原子从一个较低的能级跃迁到另一个较高的能级，原子从实物粒子所处获得的能量只是两个能级的能量之差．只要入射粒子的能量大于或等于两个能级的能量差值，均可使原子发生能级跃迁．【典例3】用总能量为13eV的一个自由电子与处于基态的氢原子发生碰撞(不计氢原子的动量变化)，则电子可能剩余的能量(碰撞中无能量损失)是()．A.10.2eVB.2.8eVC.0.91eVD.12.75eV解析氢原子各级能量由低到高分别用E1、E2、E3、E4表示，则，E2－E1＝10.2eV＜13eV，E3－E1＝12.09eV＜13eV，E4－E1＝12.75eV＜13eV因入射电子的能量大于任一激发态与基态的能量差，处于基态的氢原子可能分别跃迁到n＝2、3、4能级，而电子可能剩余的能量分别为2.8eV、0.91eV、0.25eV，故正确选项为B、C.答案BC