高三物理总复习 15.2原子结构 氢原子光谱课件 鲁科版.ppt

第二节原子结构氢原子光谱 一 原子结构1 电子的发现 1897年 英国物理学家 发现了电子 明确电子是原子的组成部分 揭开了研究原子结构的序幕 2 原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核叫原子核 原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子 上 带负电的电子在核外空间绕核高速旋转 汤姆孙 核 二 氢原子光谱1 光谱 用光栅和棱镜可以把光按波长展开 获得光的 和 的记录 即光谱 2 线状谱 光谱是一条条的 3 连续谱 光谱看起来不是一条条分立的谱线 而是连在一起的 4 特征谱线 不同原子的亮线位置 说明不同原子的发光频率是 的 因此这些亮线称为原子的特征谱线 波长 频率 成分 强度分布 亮线 光带 不同 不同 特征谱线 三 玻尔理论 能级1 玻尔原子模型 1 轨道假设 原子中的电子在库仑引力的作用下 绕原子核做圆周运动 电子绕核运动的轨道是 的 不连续 2 定态假设 电子在不同的轨道上运动时 原子处于不同的状态 因而具有不同的能量 即原子的能量是 的 这些不同的状态叫定态 在各个定态中 原子是 的 不向外辐射能量 3 跃迁假设 原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要 或 一定频率的光子 该光子的能量等于两个状态的 即h 不连续 稳定 吸收 放出 能级差 em en m n 2 能级 在玻尔理论中 原子的各个可能状态的 叫能级 3 基态与激发态 能量 的状态叫基态 其他能量状态叫激发态 4 量子数 现代物理学认为原子的可能状态是不连续的 各状态的标号1 2 3 叫做量子数 一般用n表示 能量值 最低 课堂互动讲练 一 粒子散射实验与原子核式结构模型1 卢瑟福的 粒子散射实验装置 如图15 2 1 图15 2 1 2 粒子散射实验的现象 图15 2 2 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进 但少数 粒子发生了大角度偏转 极少数 粒子甚至被撞了回来 如图15 2 2所示 3 建立核式结构模型的要点 1 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 2 汤姆孙模型不能解释 粒子的大角度散射 3 少数 粒子发生了大角度偏转 甚至反弹回来 表明这些 粒子在原子中的某个地方受到了质量 电量均比它本身大得多的物体的作用 4 绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层而运动方向没有明显变化 说明原子中绝大部分是空的 原子的质量 电量都集中在体积很小的原子核上 4 三个原子模型的对比 即时应用1 2010年高考上海卷 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 这一模型建立的基础是 a 粒子的散射实验b 对阴极射线的研究c 天然放射性现象的发现d 质子的发现解析 选a 卢瑟福根据 粒子的散射实验的结果 提出原子的核式结构模型 所以a项正确 二 玻尔理论的理解1 玻尔理论 1 定态 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些能量状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 2 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 光子的能量由这两个定态的能量差决定 即h em en h是普朗克常量h 6 63 10 34j s 3 轨道 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道也是不连续的 2 玻尔模型中电子运动有关计算问题氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道 电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量 即en ek ep 1 电子运动的速度 周期 动能与半径的关系 2 系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断 靠近核 库仑力对电子做正功 系统电势能减小 远离核 库仑力对电子做负功 系统电势能增加 即时应用2 氢原子在基态时的能级为e1 13 6ev 其电子的轨道半径为r1 0 53 10 10m 求 1 电子在第一条轨道上的电势能 2 要使基态原子电离 至少要吸收多高频率的电磁波 2 吸收光子的最低能量至少要等于氢原子的电离能量 设此光子最低频率为 0 由h 0 e e1 13 6ev 得 答案 1 27 2ev 2 3 28 1015hz 2 氢原子的能级图 如图15 2 3所示 图15 2 3 1 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 定态 2 横线左端的数字 1 2 3 表示量子数 右端的数字 13 6 3 40 表示氢原子的能级 3 相邻横线间的距离 表示相邻的能级差 量子数越大 相邻的能级差越小 4 带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁 原子跃迁条件为 h em en 3 氢原子跃迁的理解 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两能级间的能量差 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 氢原子电离后 电子具有一定的初动能 4 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 em en 均可使原子发生能级跃迁 5 跃迁时电子动能 原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时 库仑引力做正功 原子的电势能ep减小 电子动能增大 原子能量减小 反之 轨道半径增大时 原子电势能增大 电子动能减小 原子能量增大 名师点睛 1 原子跃迁条件h em en只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 对于光子和原子作用而使原子电离时 只要入射光的能量e 13 6ev 原子就能吸收 对于实物粒子与原子作用使原子激发时 粒子能量大于或等于能级差即可 即时应用 3 如图15 2 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 1 有可能放出 种能量的光子 2 在哪两个能级间跃迁时 所放出光子波长最长 波长是多少 图15 2 4 答案 1 6种 2 见解析 经典题型探究 卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔实验 获得了重要发现 1 关于 粒子散射实验的结果 下列说法正确的是 a 证明了质子的存在b 证明了原子核是由质子和中子组成的c 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里d 说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 思路点拨 1 根据 粒子散射实验结果和玻尔理论综合分析 2 粒子接近原子核的过程中 动能与电势能相互转化 解析 1 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核 数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子 所以c对 a b错 玻尔发现了电子轨道量子化 d错 2 从能量转化角度看 当 粒子靠近原子核运动时 粒子的动能转化为电势能 达到最近距离时 动能全部转化为电势能 答案 1 c 2 2 7 10 14m 规律总结 1 微观世界是看不见的 我们可以根据它们产生的各种效应来进行分析 推理和判断 来达到认识微观世界的目的 对于实验推理类问题 要求记住 实验的发明者 时间和装置 实验事实或现象 由实验结果得出什么结论 实验的意义所在 2 核式结构模型是核外电子绕原子核做匀速圆周运动 相关计算应采用库仑力充当向心力的方法 2009年高考全国卷 改编 氢原子的部分能级如图15 2 5所示 已知可见光的光子能量在1 62ev到3 11ev之间 由此可推知 氢原子 图15 2 5 a 从高能级向n 1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的长b 从高能级向n 2能级跃迁时发出的光均为可见光c 从高能级向n 3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高d 从n 3能级向n 2能级跃迁时发出的光为可见光 因此 从高能级向n 2能级跃迁时发出的光有可见光 也有非可见光 故选项b错误 从高能级向n 3能级跃迁时 发出的光子能量范围为 0 66ev e 1 51ev 比可见光光子的能量范围小 由 e h 可知这些光子的频率均小于或等于可见光的频率 故选项c错误 从n 3能级向n 2能级跃迁时发出光子的能量为 e 1 89ev 在可见光光子能量范围之内 故选项d正确 答案 d 规律总结 原子在各能级间跃迁时 所吸收或辐射的光子的能量只能等于两能级间的能级差 原子电离时所吸收或辐射的光子的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值 即 e e en 2010年龙岩五校联考 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 以下说法正确的是 a 原子要吸收光子 电子