高中物理 第十八章 原子结构 18.4 玻尔的原子模型课件 新人教版选修35.ppt

4玻尔的原子模型 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 阅读教材第57页 玻尔原子理论的基本假设 部分 知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容 了解能级 跃迁 能量量子化以及基态 激发态等概念 1 如何描述玻尔原子模型 答案 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 什么是能级 如何理解定态 基态 激发态 答案 1 当电子在不同轨道上运动时 原子处于不同的状态中 具有不同的能量 即原子的能量是量子化的 这些量子化的能量值叫作能级 2 原子中这些具有确定能量的稳定状态 称为定态 能量最低的状态叫基态 其他的能量状态叫激发态 读一读 思一思 辨一辨 议一议 3 什么是频率条件 答案 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 m n 时 会放出能量为h 的光子 该光子的能量h em en 该式被称为频率条件 又称辐射条件 反之会吸收光子 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 阅读教材第58页 玻尔理论对氢光谱的解释 部分 会画氢原子能级图 能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱 1 如何理解巴耳末公式 答案 1 按照玻尔理论 原子从高能级 如从e3 跃迁到低能级 如到e2 时辐射的光子的能量为h e3 e2 2 巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级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符合得很好 2 描述气体是如何导电发光的 答案 通常情况下 原子处于基态 基态是最稳定的 气体原子受到高速运动的电子的撞击 有可能跃迁到激发态 处于激发态的原子是不稳定的 会自发地向能量较低的能级跃迁 放出光子 最终回到基态 读一读 思一思 辨一辨 议一议 3 如何解释氢原子光谱的不连续性 答案 原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差 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 4 说明不同原子具有不同的特征谱线的原因 答案 不同的原子具有不同的结构 能级各不相同 因此辐射 或吸收 的光子频率也不相同 读一读 思一思 辨一辨 议一议 三 阅读教材第59页 玻尔模型的局限性 部分 知道玻尔模型存在什么局限性 了解电子云的概念 1 玻尔理论有什么成功之处 答案 玻尔的原子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 成功地解释了氢原子光谱的实验规律 2 玻尔理论存在什么局限性 答案 对更复杂的原子发光 玻尔理论却无法解释 它的不足之处在于过多地保留了经典理论 把电子运动看成是经典力学描述下的轨道运动 3 什么是电子云 答案 根据量子观念 核外电子的运动服从统计规律 而没有固定的轨道 我们只能知道它们在核外某处出现的概率大小 画出来的图像就像云雾一样 稠密的地方就是电子出现概率大的地方 把它形象地称作电子云 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 氢原子吸收光子后 一定会从高能级向低能级跃迁 解析 原子吸收光子后能量增加 能级升高 答案 2 我们在观察氢原子的光谱时 发现它只有几条分离的不连续的亮线 解析 氢原子辐射的光子的能量是不连续的 所以对应的光的频率也是不连续的 体现在光谱上是一些不连续的亮线 答案 3 玻尔的原子模型完全脱离了经典电磁理论的桎梏 是一种全新的理论 解析 玻尔的原子模型提出了轨道量子化 能量量子化及能级跃迁的概念 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 并没有完全脱离经典电磁理论 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 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 探究一 探究二 阴极射线电子的发现问题导引右图为分立轨道示意图 分立轨道示意图 1 电子的轨道有什么特点 2 氢原子只有一个电子 电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生 要点提示 1 电子的轨道是不连续的 是量子化的 2 电子在轨道间跃迁时会吸收光子或放出光子 探究一 探究二 名师精讲玻尔原子模型的三条假设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r1 0 053nm 其余轨道半径满足rn n2r1 n为量子数 n 1 2 3 探究一 探究二 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e1 13 6ev 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 探究一 探究二 探究一 探究二 典例剖析 例题1 多选 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 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 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归纳总结正确理解玻尔原子模型 1 电子在可能轨道上绕核做圆周运动时 不向外辐射能量 2 原子辐射的能量与电子绕核运动无关 只由跃迁前后的两个能级的能量差决定 探究一 探究二 变式训练1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时 氢原子要辐射的光子能量为h enb 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ra rb 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 探究一 探究二 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不同 故a错误 电子沿某一轨道绕核运动 处于某一定态 不向外辐射光子 故b错误 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错误 答案 c 探究一 探究二 氢原子的能级结构和跃迁问题的理解问题导引下图是氢原子能级图 1 当氢原子处于基态时 氢原子的能量是多少 2 如果氢原子吸收的能量大于13 6ev 会出现什么现象 要点提示 1 13 6ev 2 核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子 探究一 探究二 名师精讲1 对能级图的理解 1 能级图中n称为量子数 e1代表氢原子的基态能量 即量子数n 1时对应的能量 其值为 13 6ev en代表电子在第n个轨道上运动时的能量 2 作能级图时 能级横线间的距离和相应的能级差相对应 能级差越大 间隔越宽 所以量子数越大 能级越密 竖直线的箭头表示原子跃迁方向 长度表示辐射光子能量的大小 n 1是原子的基态 n 是原子电离时对应的状态 2 能级跃迁处于激发态的原子是不稳定的 它会自发地向较低能级跃迁 经过一次或几次跃迁到达基态 所以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条数为 探究一 探究二 3 光子的发射原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量 发射光子的频率由下式决定 h em en em en是始末两个能级且m n 能级差越大 放出光子的频率就越高 4 使原子能级跃迁的两种粒子 光子与实物粒子 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 不存在激发到n能级时能量有余 而激发到n 1时能量不足 则可激发到n能级的问题 2 原子还可吸收外来实物粒子 例如 自由电子 的能量而被激发 由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值 e en ek 就可使原子发生能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的 它会自发地向较低能级跃迁 经过一次或几次跃迁到达基态 探究一 探究二 典例剖析 例题2 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 思考问题 核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道时吸收能量还是放出能量 提示 吸收能量 向高能级跃迁 探究一 探究二 解析 由库仑力提供向心力 即 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归纳总结分析原子跃迁时需注意的几个问题 1 注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 只能出现所有可能情况中的一种 但是如果容器中盛有大量的氢原子 这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现 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 探究一 探究二 变式训练2如图所示 1 2 3 4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级 处在n 4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 a n 4跃迁到n 1时辐射的光子b n 4跃迁到n 3时辐射的光子c n 2跃迁到n 1时辐射的光子d n 3跃迁到n 2时辐射的光子答案 b 1 2 3 4 1 对玻尔理论的理解 多选 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 答案 bcd 1 2 3 4 2 氢原子的跃迁规律分析 下图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 a 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 答案 b 1 2 3 4 3 对氢原子能级跃迁的理解 如图所示是玻尔理论中氢原子的能级图 现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子 受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光 则照射氢原子的单色光的光子能量为 a 13 6evb 12 09evc 10 2evd 3 4ev解析 受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光 说明激发的氢原子处于第3能级 则照射氢原子的单色光的光子能量为e e3 e1 12 09ev 故b正确 答案 b 1 2 3 4 4 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e1 54 4ev 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气 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 1 2 3 4 解析 1 一群氦离子跃迁时 一共发出种光子由频率条件h em en知6种光子的能量分别是