高中物理第二章原子结构2.4玻尔的原子模型能级省公开课一等奖新名师获奖课件

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玻尔原子模型能级1/702/70一、玻尔原子结构理论1.玻尔原子模型:(1)电子绕原子核运动轨道不是任意,而是一系列_______、_______轨道。(2)电子在这些轨道上绕核运动时,原子是_____,不_____________,也不吸收能量。分立特定稳定向外辐射能量3/702.定态:当电子在不一样轨道上运动时,原子处于不一样状态中,含有不一样能量,即原子能量是_______,这些量子化能量值叫作_____。原子中这些含有确定能量稳定状态,称为_____。不连续能级定态4/703.跃迁:当电子从能量较高定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低定态轨道(能量记为Em,n>m)时,会放出能量为hν光子,该光子能量hν=_____,该式被称为频率条件,又称辐射条件。En-Em5/70【想一想】氢原子从高能级向低能级跃迁时,是不是氢原子所处能级越高,释放光子能量就越大?提醒:不一定。氢原子从高能级向低能级跃迁时,所释放光子能量一定等于能级差,氢原子所处能级越高,跃迁时能级差不一定越大,释放光子能量也不一定越大。6/70二、用玻尔原子结构理论解释氢光谱1.解释巴尔末公式:按照玻尔理论,从高能级跃迁到低能级时辐射光子能量为hν=En-Em;巴尔末公式中正整数n和2恰好代表能级跃迁之前和之后_________量子数n和2。并且理论上计算和试验测量___________比较符合,一样,玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子其它谱线系。定态轨道里德伯常数7/702.解释氢原子光谱不连续性:原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子能量等于前后_________,因为原子能级是_____,所以放出光子能量也是_____,所以原子发射光谱只有一些分立亮线。能量最低状态叫作_____,其它能量状态叫作_______。两能级差分立分立基态激发态8/70【判一判】(1)氢原子从基态跃迁到激发态时,总能量变大,电子动能变小,势能变大。(

)(2)大量原子从n=5激发态向低能态跃迁时,产生光谱线条数是4条。(

)(3)氢原子核外电子在能级1轨道和能级2轨道运行时,轨道半径之比为1∶4,轨道能级绝对值之比为2∶1。(

)9/70(4)已知氢原子基态能量为-13.6eV,用能量为11eV光子光照射时,可使处于基态氢原子电离。(

)10/70提醒:(1)氢原子从基态跃迁到激发态时,电子绕核运动半径变大,库仑力做负功,动能减小,势能增大,吸收光子后才能被激发,总能量增大。故(1)正确。(2)大量原子从激发态向低能态跃迁时,产生光谱线条数是N=条,因为n=5,所以N=10条。故(2)错。11/70(3)因为rn=n2r1,所以r1∶r2=1∶4,因为En=,所以E1∶E2=4∶1,故(3)错。(4)氢原子电离能ΔE=0-(-13.6)eV=13.6eV>11eV,所以处于基态氢原子不能电离,故(4)错。12/70三、玻尔原子结构理论意义1.玻尔理论成功之处:玻尔理论第一次将_________引入原子领域。提出了定态和跃迁概念,成功地解释了_______光谱试验规律。2.玻尔理论不足:过多地保留了经典理论,即保留经典粒子观念,把电子运动看做经典力学描述下轨道运动。量子观念氢原子13/70【想一想】电子在核外运动真有固定轨道吗?玻尔理论中轨道量子化又怎样解释?提醒:在原子内部,电子绕核运动并没有固定轨道,只不过当原子处于不一样定态时,电子出现在rn=n2r1处几率大。14/70知识点一、对玻尔原子模型了解思索探究:15/70如图是原子核式结构模型示意图,请思索以下问题:(1)电子绕核运动,是什么力提供向心力?(2)怎样才能实现电子从轨道1跃迁到轨道2?(3)怎样才能实现电子从轨道2跃迁到轨道1?16/70

【归纳总结】

1.轨道量子化:(1)轨道半径只能是一些不连续、一些分立数值。(2)氢原子电子最小轨道半径为r1=0.053nm,其余可能轨道半径还有0.212nm、0.477nm…不可能出现介于这些轨道之间其它值。(3)轨道半径公式:rn=n2r1,式中n称为量子数,对应不一样轨道,只能取正整数。17/702.能量量子化:(1)与轨道量子化对应能量不连续现象。(2)电子在可能轨道上运动时,尽管是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定,这么状态也称之为定态。18/70因为原子可能状态(定态)是不连续,含有能量也是不连续,这么能量值,称为能级,能量最低状态称为基态,其它状态叫作激发态。对氢原子,以无穷远处为势能零点时,基态能量E1=-13.6eV。(3)其能级公式:En=,式中n称为量子数,对应不一样轨道,n取值不一样,基态取n=1,激发态n=2,3,4…;量子数n越大,表示能级越高。19/70(4)En=Ekn+Epn。①电子绕核运动动能Ekn氢原子中电子绕核运动时,电子与原子核间库仑力提供向心力,即氢原子中电子绕核运动时由上式可知,电子绕核运动半径r越大,Ek越小。20/70②电子与原子核间电势能Epn当电子轨道半径增大时,库仑力做负功,原子电势能增大,反之电势能减小。由此可见,电子在可能轨道上绕核运动时,r增大,则Ek降低,Ep增大,E增大;反之,r减小,则Ek增大,Ep降低,E降低。与卫星绕地球运行相同。21/703.跃迁:原子从一个定态跃迁到另一个定态时,它辐射或吸收一定频率光子,光子能量由这两种定态能量差决定,即高能级En

低能级Em。可见,电子假如从一个轨道到另一个轨道,不是以螺旋线形式改变半径大小抵达,而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子跃迁。22/70【尤其提醒】(1)处于基态原子是稳定,而处于激发态原子是不稳定。(2)原子能量与电子轨道半径相对应,轨道半径大,原子能量大,轨道半径小,原子能量小。23/70

【典例探究】

【典例】氢原子核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远轨道过程中(

)A.原子要吸收光子,电子动能增大,原子电势能增大B.原子要放出光子,电子动能减小,原子电势能减小24/70C.原子要吸收光子,电子动能增大,原子电势能减小D.原子要吸收光子,电子动能减小,原子电势能增大25/70【思绪点拨】解答该题应注意把握以下三点:(1)核外电子受力应依据库仑定律分析。(2)原子能量应依据能级公式分析。(3)结合能级高低判断是吸收还是放出光子。26/70【正确解答】选D。可经过以下表格对选项逐一分析:选项过程分析结论A核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远轨道,由玻尔理论可知,轨道越远,电子能量越大,所以从近轨道到远轨道,氢原子一定吸收光子,此过程中,原子查对电子库仑力做负功,则动能减小,电势能增加,故A错×B从近轨道到远轨道,氢原子应该吸收光子,故B错×27/70选项过程分析结论C库仑力表现为吸引力,则在此过程中库仑力做负功.所以动能减小,电势能增加,故C错×D分析过程同A项√28/70【总结提升】巧解氢原子结构问题(1)求解电子在某条轨道上运动动能时,要将玻尔轨道理论与电子绕核做圆周运动向心力结合起来.即用两公式结合判定.29/70(2)求解氢原子吸收一定频率光子跃迁时①原子在各定态之间跃迁时原子跃迁条件hν=En-Em,一次跃迁只能吸收一个光子能量,且光子能量恰好等于两能级之差。②当原子向电离态跃迁时,吸收能量大于或等于原子所处能级能量绝对值.即hν≥E∞-Em,入射光子能量越大,原子电离后产生自由电子动能越大。

30/70【过关训练】1.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级。该氢原子(

)A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量降低C.吸收光子,能量增加 D.吸收光子,能量降低31/70【解析】选B。依据玻尔理论,氢原子能级越高对应能量越大,当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子。32/702.依据玻尔理论,以下关于氢原子叙述正确是(

)A.若氢原子由能量为En定态向低能级跃迁,则氢原子要辐射光子能量为hν=EnB.电子沿某一轨道绕核运动,若圆周运动频率为ν,则其发光频率也是ν33/70C.一个氢原子中电子从一个半径为ra轨道自发地直接跃迁到另二分之一径为rb轨道,已知ra>rb,则此过程原子要辐射某一频率光子D.氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁34/70【解析】选C。原子由能量为En定态向低能级跃迁时,辐射光子能量等于能级差,与En不一样,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;电子由半径大轨道跃迁到半径小轨道,能级降低,因而要辐射某一频率光子,故C正确;原子吸收光子后能量增加,能级升高,故D错。35/70知识点二、对原子能级跃迁讨论思索探究:36/70如图是氢原子能级图,观察图片,请思索以下问题:(1)从轨道1跃迁到轨道3需吸收多少能量光子?(2)要使处于基态氢原子电离最少需要多少能量?(3)一群氢原子由n=6激发态向低能级跃迁,这些氢原子能发出几条光谱线?37/70

【归纳总结】

1.能级跃迁:处于激发态原子是不稳定,它会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁抵达基态。所以一群氢原子处于量子数为n激发态时,可能辐射出光谱线条数为:38/702.光子发射:原子由高能级向低能级跃迁时以光子形式放出能量,发射光子频率由下式决定。hν=En-Em(Em、En是始末两个能级且n>m)能级差越大,放出光子频率就越高。39/703.光子吸收:因为原子能级是一系列不连续值,任意两个能级差也是不连续,故原子发射一些特定频率光子,一样也只能吸收一些特定频率光子,原子吸收光子后会从较低能级向较高能级跃迁,吸收光子能量仍满足hν=En-Em(n>m)。40/704.原子能量改变:当轨道半径减小时,库仑力做正功,原子电势能Ep减小,电子动能增大,原子能量减小;反之,当轨道半径增大时,原子电势能增大,电子动能减小,原子能量增大。41/705.原子跃迁时需注意三个问题:(1)注意一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处于某一个可能轨道上,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,可能情况只有一个,不过假如容器中盛有大量氢原子,这些原子核外电子跃迁时就会有各种情况出现。42/70(2)注意直接跃迁与间接跃迁原子从一个能量状态跃迁到另一个能量状态时,有时也可能是直接跃迁,有时也可能是间接跃迁。两种情况辐射(或吸收)光子频率不一样。43/70(3)注意跃迁与电离hν=En-Em只适合用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁情况,对于光子和原子作用而使原子电离情况,则不受此条件限制,这是因为原子一旦电离,原子结构即被破坏,因而不再恪守相关原子结构理论。如基态氢原子电离能为13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV光子都能被基态氢原子吸收而发生电离,只44/70不过入射光子能量越大,原子电离后产生自由电子动能越大。45/70【尤其提醒】实物粒子和原子碰撞时,因为实物粒子动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子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。46/70

【典例探究】

【典例】如图所表示是某原子能级图,a、b、c为原子跃迁所发出三种波长光。在以下该原子光谱各选项中,谱线从左向右波长依次增大,则正确是(

)47/7048/70【思绪点拨】解答本题时能依据能级跃迁图判断出各种光能量,进而判断出波长大小。49/70【正确解答】选C。依据ΔE=hν,能级差越大,波长越小,所以a波长最小,b波长最大,答案选C。

50/70【过关训练】1.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则(

)A.吸收光子能量为hν1+hν2B.辐射光子能量为hν1+hν2C.吸收光子能量为hν2-hν1D.辐射光子能量为hν2-hν151/70【解析】选D。由跃迁假设及题意可知,hν1=Em-En,hν2=Ek-En,红光频率ν1小于紫光频率ν2,所以能级k能量大于能级m能量,所以从能级k到能级m需要辐射光子,A、C两项错;hν3=Ek-Em,解三式得:hν3=hν2-hν1,D项正确。52/702.(·海南高考)氢原子基态能量为E1=-13.6eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出全部光子中,频率最大光子能量为-0.96E1,频率最小光子能量为________eV(保留2位有效数字),这些光子可含有________种不一样频率。53/70【解析】频率最大光子能量为-0.96E1,即En-(-13.6eV)=-0.96×(-13.6eV),解得En=-0.54eV即n=5,从n=5能级开始,依据可得共有10种不一样频率光子。从n=5到n=4跃迁光子频率最小,依据E=E4-E5可得频率最小光子能量为0.31eV。答案:0.31

1054/70【赔偿训练】原子从一个能级跃迁到一个较低能级时,有可能不发射光子,比如在某种条件下,铬原子n=2能级上电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将对应能量转交给n=4能级上电子,使之能脱离原子,这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子电子叫做俄歇电子,已知铬原子能级公式可简化表示为En=-A/n2,式55/70中n=1,2,3…,表示不一样能级,A是正已知常数,上述俄歇电子动能是(

)56/70【解析】选C.本题给出了一个新情境,但仍是属于原子跃迁.E2=-,E1=-A,E4=-,当电子从n=2跃迁到n=1轨道时放出能量为ΔE=E2-E1=A.用此能量加上俄歇电子电离能量得俄歇电子动能Ek=ΔE+E4=。选项C正确。57/70【温馨提醒】氢原子跃迁与电离是高考重点也是热点,这部分内容高考通常以选择题形式出现,题目主要考查是对相关概念了解,所以在平时学习中一定要加强这方面训练。58/70【拓展例题】考查内容:跃迁与电离区分(1)(多项选择)欲使处于基态氢原子激发,以下办法可行是(

)A.用12.09eV光子照射B.用13eV光子照射C.用14eV光子照射D.用13eV电子碰撞59/70(2)(多项选择)欲使处于基态氢原子电离,以下办法可行是(

)A.用13.6eV光子照射B.用15eV光子照射C.用13.6eV电子碰撞D.用15eV电子碰撞60/70【思绪点拨】解答本题需按以下思绪:61/70【正确解答】(1)选A、C、D.由跃迁条件知氢原子受激发跃迁时,只能吸收能量值刚好等于某两能级之差光子.依据氢原子能级图不难算出12.09eV刚好为氢原子n=1和n=3两能级差,而13eV则不是氢原子基态和任一激发态能量之差,所以氢原子只能吸收前者,而不能吸收后者,对于14eV光子则足以使氢原子电离,电离后自由电子还含有0.4eV动能.至于13eV电子,它62/70能量经过碰撞能够部分地被氢原子吸收.总而言之,选项A、C、D正确。(2)选A、B、D.基态氢原子电离能为13.6eV,则13.6eV光子被氢原子吸收刚好电离,同理,15eV光子和15eV电子均可供氢原子电离。至于13.6eV电子,碰撞时电子不可能把13.6eV能量全部传递给氢原子,所以用13.6eV电子碰撞氢原子时,氢原子不能电离.经过以上分析可知选项A、B、D正