学粤教版选修35 3.4 原子的能级结构 课件（1）（22张）.ppt

第四节原子的能级结构 回顾 19世纪末20世纪初 人类叩开了微观世界的大门 物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型 卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象 得到了多数科学家的肯定 但是与经典的电磁理论发生了矛盾 经典电磁理论 经典电磁理论认为 电子绕核作匀速圆周运动 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波 由于原子不断地向外辐射能量 能量逐渐减小 电子绕核旋转的频率也逐渐改变 原子的发射光谱应是连续谱 由于原子总能量减小 电子将最终逐渐接近原子核 而使原子变得不稳定 经典电磁理论与现代物理学的矛盾 事实上 氢原子发射的光谱是不连续的光谱 而核外的电子总是不停地绕核运动 表明 从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟原子微粒产生的微观现象出现了矛盾 玻尔理论的基本假设 现象 氢原子光谱是分立 线状 的 原子是稳定的 设想 原子内部的能量也是不连续的 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上 结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性 提出假设 定态假设 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 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫定态 玻尔理论的基本假设 轨道能级化假设 原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形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的分布也是不连续的 跃迁假设 当原子从一个能量为en的定态跃迁到另一个能量为em的定态时 就要发射或吸收一个频率为 m n的光子 em en发射光子 em en吸收光子 一 能级结构猜想 能级 原子内部不连续的能量称为原子的能级 数值上等于原子在定态时的能量值 跃迁 原子从一个能级变化到另一个能级的过程 在跃迁的过程中 原子辐射 或吸收 光子的能量为 hv em enem和en分别为跃迁前后的能级 能级结构猜想 1 处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁 并且在这个过程中辐射光子 2 反之 原子吸收了特定频率的光子或者通过其他途径获得能量时便可以从低能级向高能级跃迁 二 氢原子的能级 基态 在正常状态下 氢原子处于最低的能级e1 n 1 这个最低能级对应的定态称为基态 激发态 当电子受到外界激发时 可从基态迁到较高的能级e2 e3 上 这些能级对应的定态称为激发态 处于激发态的原子是不稳定的 它会向较低的能级跃迁 跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射 这就是氢原子发光的现象 原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差 氢原子的能级 由知道 氢原子辐射光谱的波长取决于两光谱项之差 而hv em en式则揭示出氢原子辐射光的频率取决于两能级之差 能级与光谱项之间的关系最先得出氢原子能级表达式的 是丹麦物理学家玻尔 他在吸取前人思想的基础上 通过大胆假设 推导出氢原子的能级满足 式子表明 氢原子的能量是不连续的 只能取一些定值 也就是说氢原子的能量是量子化的 因此n也被称为能量量子数 n取正整数 氢原子的能级 从可算出 所以 上式也可以写成 能级间的跃迁产生不连续的谱线 从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系 以无穷远处作为零电势参考位置 以无穷远处为参考位置 吸收能量 放出能量 氢原子能级结构 赖曼系 普丰德系 布喇开系 帕邢系 巴耳末 电子轨道 能级 基态 激发态 氢原子玻尔理论的意义和不足 1 正确地指出原子能级的存在 原子能量量子化 2 正确地指出定态和角动量量子化的概念 3 正确的解释了氢原子及类氢离子光谱 4 无法解释比氢原子更复杂的原子 5 把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的 6 是半经典半量子理论 存在逻辑上的缺点 即把微观粒子看成是遵守经典力学的质点 同时 又赋予它们量子化的特征 课堂练习 1 下面关于玻尔理论的解释中 正确的说法是 a 原子只能处于一系列不连续的状态中 每个状态都对应一定的能量 b 原子中 虽然核外电子不断做加速运动 但只要能量状态不改变 就会向外辐射能量 c 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 一定要辐射一定频率的光子 d 原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道 并且这些轨道是不连续的 ad 2 根据玻尔理论 氢原子中 量子数n越大 则下列说法中正确的是 a 电子轨道半径越大 b 核外电子的速率越大 c 氢原子能级的能量越大 d 核外电子的电势能越大 acd 3 按照玻尔理论 一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上 已知ra rb 则在此过程中 a 原子要发出一系列频率的光子 b 原子要吸收一系列频率的光子 c 原子要发出某一频率的光子 d 原子要吸收某一频率的光子 c 4 大量原子从n 5的激发态向低能级跃迁时 产生的光谱线有可能有 a 4条 b 7条 c 9条 d 10条 abcd 5 处于基态的氢原子在某种单色光照射下 只能发出频率为v1 v2 v3的三种光 且v1 v2 v3 则照射光的光子能量为多少 解 处于基态的原子要发光 必须先吸收一定的能量e 使其处于激发态 由于激发态能量高 原子不稳定 就会向低能级跃迁 从而发出一系列频率的光子 但这些光子的频率决不会大于v 且必有一种频率等于v 由题意知 该氢原子受激后只能发出频率为v1 v2 v3的三种光 且v1 v2 v3 即最高频率是v3 那么照射光频率必是v3 光子能量是hv3 6 氢原子从n 1的状态跃迁到n 4的状态 它所吸收的光子的波长是多少 这是不是可见光 解 氢原子从n 1的状态跃迁到n 4的状态时 它所吸收的光子的能量为 可见光的波长范围 390nm 7