高中物理 第2章 原子结构 第3讲 玻尔的原子模型学案 鲁科版选修35.doc

第3讲玻尔的原子模型 目标定位1.知道玻尔原子理论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发光问题一、玻尔的原子模型1定态原子只能处于一系列不连续的能量状态中，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，这些状态叫定态2跃迁假设原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，即he2e1.3轨道假设原子的不同能量状态对应于电子不同的运行轨道，原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道也是不连续的轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足下式的这些轨道才是可能的mevrn(n1,2,3，)式中n是正整数，称为量子数想一想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？答案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越大，释放的光子能量不一定越大二、氢原子的能级结构1氢原子的能级公式和轨道半径公式en(n1,2,3，)rnn2r1(n1,2,3，)式中e113.6 ev，r10.531010m.2氢原子能级图如图1所示图13解释氢原子光谱的不连续性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，由于原子的能级是不连续的，所以放出的光子的能量也是不连续的，因此原子的发射的光频率也不同一、对玻尔理论的理解1轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值(2)氢原子的电子最小轨道半径为r10.053 nm0.531010 m，其余轨道半径满足rnn2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数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：除基态之外的其他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例1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，也可能吸收能量答案bc解析根据玻尔理论，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，应辐射能量，d错误例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的过程中()a原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大b原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小c原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小d原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大答案d解析根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故b错；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：km，又ekmv2，所以ek.由此式可知：电子离核越远，即r越大时，电子的动能越小，故a、c错；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断d正确借题发挥当氢原子从低能量态en向高能量态em(nm)跃迁时，r增大，ek减小，ep增大(或r增大时，库仑力做负功，电势能ep增大)，e增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hemen.二、原子能级和能级跃迁的理解1氢原子能级图如图2所示 图22根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n的氢原子跃迁到基态时，可能辐射出不同频率的光子数可用nc计算3原子从低能级向高能级跃迁：只能吸收一定能量的光子，即当一个光子的能量满足he末e初时，才可能被某一个原子吸收，而当光子能量h大于或小于e末e初时都不能被原子吸收；原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差例3如图3所示，氢原子从n2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？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 图3答案12.75 ev跃迁图见解析图解析氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，满足：hene22.55 evenhe20.85 ev所以n4基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供的能量为ee4e112.75 ev.跃迁图如图所示 借题发挥(1)如果是一个氢原子，从某一激发态向基态跃迁时，可能发出的不同频率的光子数为n1.(2)如果是一群氢原子，从某一激发态向基态跃迁时，发出不同频率的光子数为：n.针对训练如图4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4an4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解析根据玻尔理论：emenhh，能级差越小，发射光子的越小，越长，故b对.对玻尔理论的理解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答案abc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量跃迁学说的提出，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2对氢原子能级公式en的理解，下列说法中正确的是()a原子定态能量en是指核外电子动能与核之间的静电势能的总和ben是负值cen是指核外电子的动能，只能取正值d从式中可以看出，随着电子运动半径的增大，原子总能量减少答案ab解析这里是取电子自由态作为能量零点，所以电子处在各个定态中能量均是负值，en表示核外电子动能和电子与核之间的静电势能的总和，所以选项a、b对，c错，因为能量是负值，所以n越大，en越大，d错氢原子能级及跃迁3氢原子能级如图5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5a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解析由氢原子能级图可知氢原子从n2跃迁到n1的能级的能量差大于从n3跃迁到n2的能级的能量差，根据|enem|h和可知，|enem|h，选项a错误；同理从n1跃迁到n2的能级需要的光子能量大约为从n3跃迁到n2的能量差的五倍左右，对应光子波长应为从n3跃迁到n2的能级辐射光波长的五分之一左右，选项b错误；氢原子从n3跃迁到n1的能级的能量差最多有三种情况，即对应最多有三种频率的光谱线，选项c正确；氢原子在不同能级间跃迁必须满足|enem|h，选项d正确4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，只有三种频率的光谱，这说明是从n3能级向低能级跃迁，根据跃迁公式有，h3h2h1，解得：321，选项b正确.(时间：60分钟)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电磁理论所困，故c错误，d正确2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，选项b正确玻尔理论中的第二条假设，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，光子能量取决于两个轨道的能量差，故选项d正确3根据玻尔理论，某原子从能量为e的轨道跃迁到能量为e的轨道，辐射出波长为的光以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，e等于()aeh behceh deh答案c解析释放的光子能量为eehh，所以eeheh，故c对4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，若电子做圆周运动的频率为，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5光子的发射和吸收过程是()a原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差b原子不能从低能级向高能级跃迁c原子吸收光子时从低能级跃迁到高能级，从较高能级跃迁到较低能级时放出光子d原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差答案cd题组二氢原子能级及跃迁6一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解析当一群氢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7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8大量氢原子从n5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是()a4条 b6条 c8条 d10条答案d解析由题意可知，当大量氢原子从n5能级跃迁时，有c10条光谱线产生，故d对9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如图1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()图1ah(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h3.10欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()a用10.2 ev 的光子照射b用11 ev 的光子照射c用14 ev 的光子照射d用11 ev的电子碰撞答案acd解析由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只能吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子由氢原子的能级关系可算出10.2 ev刚好等于氢原子n1和n2的两能级之差，而11 ev则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因而氢原子能吸收前者而不能吸收后者，故a对，b错；14 ev的光子其能量大于氢原子的电离能(13.6 ev)，足以使氢原子电离使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制由能量守恒定律不难知道氢原子吸收14 ev的光子电离后，产生的自由电子还应具有0.4 ev的动能用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地为氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，故c、d对11氢原子部分能级的示意图如图2所示，不同色光的光子能量如下表所示：图2色光红橙黄绿蓝靛紫光子能量范围(ev)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为()a红、蓝靛 b黄、绿c红、紫 d蓝靛、紫答案a解析由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.613.10