2016新课标创新人教物理选修3-5 第十八章 第4节 玻尔的原子模型.doc

一、玻尔原子理论的基本假设1轨道量子化(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。2定态(1)能量量子化：电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。(2)能级：原子的量子化的能量值。(3)定态：原子中具有确定能量的稳定状态。(4)基态：能量最低的状态。(5)激发态：除基态之外的其他状态。3跃迁当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，mn)时，会放出能量为 h的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即 hEmEn，此式称为频率条件，又称辐射条件。说明1玻尔理论虽然保留了原子的核式结构模型，但玻尔理论认为原子的轨道和能量都是量子化的。2氢原子从高能级向低能级跃迁时，并不是氢原子所处的能级越高，释放的光子能量越大，而是由两定态的能级差决定。判一判1玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点()2玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值()3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，会放出任意能量的光子()二、玻尔理论对氢原子光谱的解释1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hEmEn；巴耳末公式中的正整数n和2，正好代表电子跃迁之前和之后所处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R的值符合得很好，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解释氢原子光谱的不连续性原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差，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。3玻尔理论的局限性(1)玻尔理论的成功之处玻尔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，成功解释了氢原子光谱的实验规律。(2)玻尔理论的局限性过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。4电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。注意1氢原子向高能级发生跃迁时，只能吸收符合两个能级差的能量值的光子，否则不予吸收。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。两种情况辐射或吸收光子的频率不同。选一选按照玻尔理论，当氢原子中电子由半径为ra的圆轨道跃迁到半径为rb的圆轨道上时，若rb2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子。问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在下图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图。解析氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，满足hEnE22.55 eVEnhE20.85 eV，所以n4基态氢原子跃迁到n4的能级，应提供EE4E112.75 eV的能量。跃迁图如图所示：答案12.75 eV跃迁图见解析点评原子跃迁时需注意的几个问题1注意是一个原子还是一群原子。2注意是直接跃迁还是间接跃迁。3注意是跃迁还是电离。即时巩固2多选已知氢原子的能级图如图所示，现用光子能量介于1012.9 eV 范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是()A在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种解析：选BC根据跃迁规律hEmEn和能级图，可知A错误，B正确；由于EE5E113.06 eV12.9 eV，所以氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n4的能级，能发射的光子的波长有C6种，故C正确，D错误。1多选(2016邯郸高二检测)关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有()A它彻底地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解析：选BD玻尔的原子模型在核式结构的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故选项A错误，B正确；它的成功在于引入了量子化理论，缺点是过多地引入经典力学，故选项C错误，D正确。2一个氢原子从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，能量减少解析：选B根据玻尔理论，氢原子能级越高对应的能量越大，当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子，能量减少，B正确，A、C、D错误。3如图所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中()A频率最大的是AB波长最长的是CC频率最大的是CD波长最长的是B解析：选B由Eh可知，B频率最大，C波长最长。4如图所示为氢原子的能级图，用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有()A15种 B10种C4种 D1种解析：选B基态的氢原子的能级值为13.6 eV，吸收13.06 eV的能量后变成0.54 eV，原子跃迁到了第5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是10种，B正确。5如图给出氢原子最低的四个能级。氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种，其中最低的频率为多少(保留两位有效数字)?解析：方法一：利用跃迁规律画出可能辐射光谱线条数，如图所示，共6种。方法二：利用数学中的组合公式计算辐射的光子的频率有：N6(种)从n4跃迁到n3，能量差最小，辐射的光子的频率最低。由hE4E3，得其频率为 Hz1.61014 Hz答案：6种1.61014 Hz基础练一、选择题1多选(2016广州高二检测)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是()A核外电子运动轨道半径可取任意值B氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即h|EmEn|D氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量解析：选BC根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，会辐射能量，D错误。2(2016汕头高二检测)如图所示为氢原子的能级图，当氢原子发生下列能级跃迁时，辐射光子波长最短的是()A从n6跃迁到n4B从n5跃迁到n3C从n4跃迁到n2D从n3跃迁到n1解析：选D辐射光子的能量等于前后两个能级的能量之差，波长最短的光子能量最大，故选D。3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：选B氢原子辐射出一个光子后，原子从高能级跃迁到低能级，能级值变小，电子绕核旋转半径变小；但由于库仑力对电子做正功，因此，电子的动能增大，电势能变小，B正确。4如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若大量氢原子A处于激发态E2，大量氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A氢原子A可能辐射出3种频率的光子B氢原子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E1D原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析：选B原子A处于激发态E2，因此其辐射光子频率数目只能有1种，A错误；原子B处于n3的能级，因此其辐射光子频率数目有 C3 种，B正确；根据氢原子能级的量子性，吸收光子必须满足hEmEn，C、D错误。5多选如图画出了氢原子的四个能级，用下列几种能量的光子或电子作用于基态的氢原子，能使氢原子发生跃迁或电离的是()A用11 eV的光子照射B用14 eV的光子照射C用11 eV的电子碰撞D用14 eV的电子碰撞解析：选BCD氢原子中能级差没有为11 eV 的，故11 eV的光子不能被氢原子吸收，又11 eVca，因此按波长依次增大由左向右为a、c、b，即选项C正确。 4氢光谱在可见光的区域内有4条谱线，按照在真空中波长由长到短的顺序，这4条谱线分别是H，H，H和H，它们都是氢原子的电子从量子数大于2的可能轨道上跃迁到量子数为2的轨道时所发出的光，下列判断错误的是()A电子处于激发状态时，H所对应的轨道量子数最大BH的光子能量大于H的光子能量C对于同一种玻璃，4种光的折射率以H为最小D对同一种金属，H能使它发生光电效应，H，H，H都可以使它发生光电效应解析：选A由Eh知，波长长，光子能量小，故H光子能量最小，H光子能量最大，再由hEnE2，得H对应的轨道量子数最小，A错误。5多选氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间。由此可推知，氢原子()A从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从n3能级向n2能级跃迁时发出的光为可见光解析：选AD从高能级向n1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为10.2 eV，大于可见光的光子能量， 故发出的光的波长比可见光的短，A正确； 已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，从高能级向n2能级跃迁时发出的光的能量小于等于3.40 eV，B错误；从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于3.11 eV 的光的频率才比可见光高，C错误；从n3到n2 的过程中释放的光的能量等于1.89 eV，介于1.62 eV 到 3.11 eV 之间，所以是可见光，D正确。二、非选择题6(2016通州高二检测)氦原子被电离一个核外电子，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原子。求：(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生电离；(2)已知金属钠的逸出功W02.29 eV，若用上述氦离子发出的光照射金属钠，则发生光电效应时，光电子的最大初动能。解析：(1)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n