高中物理 第十八章 原子结构 第4节 玻尔的原子模型课件 新人教版选修35.ppt

第十八章 原子结构 第四节玻尔的原子模型 学习目标 知识导图 课前预习 1 轨道假设轨道量子化 原子中的电子在 的作用下 绕原子核做圆周运动 电子运动轨道的 不是任意的 而是 化的 电子在这些轨道上绕核的转动是 的 不产生 辐射 知识点1 玻尔原子理论的基本假设 库仑力 半径 量子 稳定 电磁 2 定态假设 1 定态 当电子在不同的轨道上运动时 原子处于不同的 原子在不同的 中具有不同的能量 因此 原子的能量是 化的 这些 化的能量值叫做 原子中这些具有确定能量的稳定状态 称为 2 基态 能量最 的状态叫做基态 3 激发态 基态 的能量状态叫做激发态 状态 状态 量子 量子 能级 定态 低 之外 3 跃迁假设电子从能量 的定态轨道跃迁到能量 的定态轨道时 会向外辐射能量 辐射的能量是 的 光子的能量由两个能级的 决定 h em en这个式子称为频率条件 也叫辐射条件 式中的h为普朗克常量 为光子的 较高 较低 一份一份 能量差 频率 1 氢原子的能级图 知识点2 玻尔理论对氢光谱的解释 2 解释巴耳末公式 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 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 的量子数n和2 并且理论上的计算和实验测量的 符合得很好 3 解释气体导电发光通常情况下 原子处于基态 基态是最稳定的 原子受到电子的撞击 有可能向上跃迁到 处于激发态的原子是 的 会自发地向能量较低的能级跃迁 放出 最终回到基态 e3 e2 定态轨道 里德伯常量 激发态 不稳定 光子 4 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 由于原子的能级是 的 所以放出的光子的能量也是 的 因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线 5 解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构 各不相同 因此辐射 或吸收 的 也不相同 两能级差 分立 分立 能级 光子频率 1 玻尔理论的成功之处玻尔理论第一次将 引入原子领域 提出了 和 的概念 成功解释了 光谱的实验规律 2 玻尔理论的局限性过多地保留了 理论 即保留 的观念 把电子的运动看做经典力学描述下的 运动 知识点3 玻尔理论的局限性 量子观念 定态 跃迁 氢原子 经典 经典粒子 轨道 3 电子云原子中的电子 确定的坐标值 我们只能描述电子在某个位置出现 的多少 把电子这种 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 没有 概率 概率 判一判 1 玻尔认为电子运动轨道半径是任意的 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 处于基态的原子是不稳定的 会自发地向其他能级跃迁 放出光子 4 不同的原子具有相同的能级 原子跃迁时辐射的光子频率是相同的 5 玻尔的原子理论模型可以很好的解释氦原子的光谱现象 6 电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动 选一选 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 b 想一想 电子在核外的运动真的有固定轨道吗 玻尔理论中的轨道量子化又如何解释 答案 在原子内部 电子绕核运动并没有固定的轨道 只不过当原子处于不同的定态时 电子出现在rn n2r1处的几率大 课内探究 右图为分立轨道示意图 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伴随什么现象发生 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 探究一对玻尔理论的理解 1 轨道量子化 1 轨道半径只能是一些不连续的 某些分立的数值 2 轨道半径公式 rn n2r1 式中n称为量子数 对应不同的轨道 只能取正整数 氢原子的最小轨道半径r1 0 53 10 10m 多选 玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 a 原子处在具有一定能量的定态中 虽然电子做变速运动 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 典例1 abc 解题指导 应注意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 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 电子跃迁时辐射的光子的频率与能级差有关 与电子绕核做圆周运动的频率无关 故d错误 a b c正确 对点训练1 多选 由玻尔理论可知 下列说法中正确的是 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连续的d 原子的轨道半径越大 原子的能量越大解析 按照经典物理学的观点 电子绕核运动有加速度 一定会向外辐射电磁波 很短时间内电子的能量就会消失 与客观事实相矛盾 由玻尔假设可知选项a c错 b正确 原子轨道半径越大 原子能量越大 选项d正确 bd 根据玻尔原子结构理论 氦离子 he 的能级图如图所示 电子处在n 3轨道上比处在n 5轨道上离氦核的距离近还是远 当大量he 处在n 4的激发态时 由于跃迁所发射的谱线共有几条 提示 近6 探究二氢原子跃迁的规律 1 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 3 氢原子从高能级向n 1 2 3的能级跃迁时发出的光谱线分别属于赖曼系 巴耳末系和帕邢系 如图 4 使原子能级跃迁的两种粒子 光子与实物粒子 1 原子从低能级向高能级跃迁 吸收一定能量的光子 当一个光子的能量满足h e末 e初时 才能被某一个原子吸收 使原子从低能级e初向高能级e末跃迁 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 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全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值 e en ek 就可使原子发生能级跃迁 3 当光子能量大于或等于13 6ev时 也可以被氢原子吸收 使氢原子电离 当氢原子吸收的光子能量大于13 6ev时 氢原子电离后 电子具有一定的初动能 用能量为12 75ev的光子照射一群处于基态的氢原子 已知氢原子的基态能量e1 13 6ev 普朗克常量h 6 63 10 34j s 求 1 这群氢原子的光谱共有几条谱线 2 这群氢原子发出的光子的最大频率是多少 3 这群氢原子发出的光子的最长波长是多少 典例2 答案 1 6条 2 3 1 1015hz 3 1 884 10 6m 对点训练2 北京市临川育人学校2017 2018高三下学期期中 如图所示是某原子的能级图 a b c为原子跃迁所发出的三种波长的光 在下列该原子光谱的各选项中 谱线从左向右的波长依次增大 则正确的是 c 素养提升 1 注意一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子 这个电子在某个时刻只能处在某个可能的轨道上 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 可能的情况只有一种 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了 2 注意间接跃迁与直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 两种情况下辐射 或吸收 光子的频率可能不同 原子跃迁时需注意的几个问题 3 注意跃迁与电离h em en只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况 对于光子和原子作用使原子电离的情况 则不受此条件的限制 这是因为原子一旦电离 原子结构即被破坏 因而不再遵守有关原子结构的理论 如基态氢原子的电离能为13 6ev 只要能量大于或等于13 6ev的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 至于实物粒子和原子碰撞的情况 由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差 就可使原子受激发而向较高能级跃迁 多选 欲使处于基态的氢原子激发或电离 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11ev的电子碰撞 案例 acd 解析 由玻尔理论可知 氢原子在各能级间跃迁时 只吸收能量值刚好等于某两个能级之差的光子 由氢原子能级图知道10 2ev刚好等于n 2和n 1