新高中物理 第十八章 原子结构 4 玻尔的原子模型导学案 新人教版选修35.doc

4玻尔的原子模型目标定位 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一、对玻尔理论的理解问题设计按照经典理论，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分立的数值(2)氢原子的电子最小轨道半径r10.053 nm，其余轨道半径满足rnn2r1，n为量子数，n1,2,3，.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)基态原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量e113.6_ev.(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：ene1.(e113.6 ev，n1,2,3，)3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低能级en.二、玻尔理论对氢光谱的解释问题设计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？(2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群处于n4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(1)氢原子辐射光子的能量取决于两个能级的能量差hemen(nn)若由mn，则辐射光子，若由nm，则吸收光子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nc计算三、玻尔理论的局限性1玻尔理论的成功之处在于把量子思想引入了原子结构理论，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玻尔理论的不足之处在于保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍看做经典力学描述下的轨道运动，没有彻底摆脱经典理论的框架一、对玻尔理论的理解例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二、氢原子的跃迁规律分析例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n4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()图2an4跃迁到n1时辐射的光子bn4跃迁到n3时辐射的光子cn2跃迁到n1时辐射的光子dn3跃迁到n2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，ekmv2，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玻尔的原子模型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答案bcd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2(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3a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e4答案b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3(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e154.4 ev，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4(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少？答案(1)3种(2)37.4 ev解析一群氦离子跃迁时，一共发出n6种光子由频率条件hemen知6种光子的能量分别是由n4到n3h1e4e32.6 ev由n4到n2h2e4e210.2 ev由n4到n1h3e4e151.0 ev由n3到n2h4e3e27.6 ev由n3到n1h5e3e148.4 ev由n2到n1h6e2e140.8 ev由发生光电效应的条件知，h3、h5、h6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应(2)由光电效应方程ekhw0知，能量为51.0 ev的光子使氢原子逸出的光电子初动能最大，将w013.6 ev代入ekhw0，得ek37.4 ev.题组一对玻尔理论的理解1关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的是()a它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说b它发展了卢瑟福的核式结构学说c它完全抛弃了经典的电磁理论d它引入了普朗克的量子理论答案bd解析玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故a错误，b正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故c错误，d正确2原子的能量量子化现象是指()a原子的能量是不可以改变的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答案cd解析根据玻尔理论，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不同的轨道，故c、d选项正确3关于玻尔理论，下列说法正确的是()a玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动b玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础c玻尔理论的成功之处是引入了量子观念d玻尔理论的成功之处是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念答案bc4根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是()a若氢原子由能量为en的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为henb电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为，则其发光的频率也是c一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知rarb，则此过程原子要辐射某一频率的光子d氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁答案c解析原子由能量为en的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与en不相等，故a错；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故b错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故c正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故d错题组二氢原子的跃迁规律分析5在氢原子能级图中，横线间的距离越大，代表氢原子能级差越大，下列能级图中，能形象表示氢原子最低的四个能级的是()答案c解析由氢原子能级图可知，量子数n越大，能级越密，所以c对6一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子()a放出光子，能量增加b放出光子，能量减少c吸收光子，能量增加d吸收光子，能量减少答案b解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项b正确7一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中()a可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线b可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线c只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线d只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线答案b解析当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线8氢原子的能级图如图1所示，欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，氢原子需要吸收的能量至少是()图1a13.6 ev b10.20 evc0.54 ev d27.20 ev答案a解析要使氢原子变成氢离子，需要吸收的能量大于等于eene10(13.6 ev)13.6 ev.9用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线，且321，则()a01 b321c0123 d.答案b解析大量氢原子跃迁时，只有三种频率的谱线，这说明是从n3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，h3h2h1，解得：321，选项b正确图210子与氢原子核(质子)构成的原子称为氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用图2为氢原子的能级示意图，假定光子能量为e的一束光照射容器中大量处于n2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为1、2、3、4、5和6的光子，且频率依次增大，则e等于()ah(31) bh(31)ch3 dh4答案c解析氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明氢原子是从n4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ee4e2，e4e2恰好对应着频率为3的光子，故光子的能量为h3.11氢原子能级如图3所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()图3a氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmb用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级c一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级答案cd解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，a错误；由emenh可知，b错误，d正确；根据c3可知，辐射的光子频率最多3种，c正确题组三综合应用12如图4所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，图4(1)有可能放出几种能量不同的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？波长是多少？答案(1)6(2)第四能级向第三能级1.88106 m解析(1)由nc，可得nc6种；(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长，根据he4e30.85(1.51) ev0.66 ev， m1.88106 m.13氢原子在基态时轨道半径r10.5