人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案2：4 4 第2课时 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子能级跃迁

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE24.4第2课时玻尔理论对氢光谱的解释氢原子能级跃迁〖素养目标〗2.了解能级、能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念．3.掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．〖知识梳理〗知识点一、玻尔理论对氢光谱的解释(1)解释巴耳末公式①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝Em－En.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定态轨道的量子数n和2.并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好．(2)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个能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．知识点二、玻尔理论的局限性(1)成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律．(2)局限性保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动．(3)电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率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．〖典例精析〗例1.图中所示为氢原子的能级示意图，关于氢原子跃迁，下列说法正确的是()A．一群处于n＝5激发态的氢原子，向低能级跃迁时可以发出10种不同频率的光B．一个处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时可以发出6种不同频率的光C．用12eV的光子照射处于基态的氢原子时，电子可以跃迁到n＝2能级D．氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时动能增大，氢原子的电势能增大例2．光子能量为ε的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率为v1、v2、…、v6的六种光谱线，且v1＜v2＜…＜v6，则ε等于（）A．hv1 B．hv6C．h（v5－v1） D．h（v1+v2+…+v6）〖素养作业〗1．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁，最多能够产生谱线的条数是（）A．1 B．2 C．3 D．42．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（）A．要放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能增大B．要吸收光子，氢原子的能量增加，电子的动能增大C．要放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能减小D．要吸收光子，氢原子的能量增加，电子的动能减小3．原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。原子的跃迁伴随着能量的变化。一个氢原子从能级跃迁到能级的过程中，下列说法正确的是（）A．该氢原子吸收光子，能量增加，电子的动能减少，电势能增加B．该氢原子吸收光子，能量减少，电子的动能减少，电势能减少C．该氢原子放出光子，能量增加，电子的动能增加，电势能增加D．该氢原子放出光子，能量减少，电子的动能增加，电势能减少4．如图所示，大量处于n=3能级的氢原子向基态跃迁的过程中能向外辐射出不同频率光的种数为（）A．3种 B．4种 C．5种 D．6种5．如图为玻尔为了解释氢原子光谱而画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有（）A．最多只能辐射出6种频率的光子B．可辐射出能量为的光子C．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线D．在辐射出的光子中，从n=4跃迁到n=1辐射的光子能量最小

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁例1.〖解析〗A对：一群处于n＝5激发态的氢原子，向低能级跃迁时，最多发出Ceq\o\al(2,5)＝10种不同频率的光子．B错：一个处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时，最多可以发出3种不同频率的光子．C错：用12eV的光子照射处于基态的氢原子时，该光子能量不能被吸收而使电子发生跃迁．D错：氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时，原子能量减小，根据keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)得，电子动能增大，则氢原子的电势能减小．〖答案〗A例2.〖答案〗A〖解析〗对于量子数n=4的一群氢原子，当它们向较低的激发态成基态跃迁时，可能产生的谱线条数为，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是n=4，且从n=4到n=3放出的光子能量最小，频率最低即为v1，因此，处于n=3能极的氢原子吸收频率为v1的光子（能量ε=hv1），从n=3能级跃迁到n=4能级后，方可发出6种频率的光谱线．A.hv1与计算结果ε=hv1相符，故A符合题意；B.hv6与计算结果ε=hv1不相符，故B不符合题意；C.h（v5－v1）与计算结果ε=hv1不相符，故C不符合题意；D.h（v1+v2+…+v6）与计算结果ε=hv1不相符，故D不符合题意；〖素养作业〗1.〖答案〗C〖解析〗可以从n=3能级跃迁到n=2能级，然后再从n=2能级跃迁到n=1能级，也可以从n=3能级直接跃迁到n=1能级，因此最多能够产生3条谱线。故选C。2.〖答案〗A〖解析〗根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能增大，电势能减小。故选A。3.〖答案〗A〖解析〗一个氢原子从n=2能级跃迁到n=5能级，该氢原子吸收光子，能量增加，轨道半径变大，库仑力做负功，电势能增加，动能减小。故选A。4.〖答案〗A〖解析〗处于n=3激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，其发射光子的种类解得故A正确，BCD错误。故选A。5.〖答案〗A〖解析〗A．一群氢原子处于的激发态自发地跃迁到较低能级时，最多只能辐射出光子的种类有种选项A正确；B．处于的激发态自发地跃迁到较低能级时，最大可辐射出光子的能量为选项B错误；C．由于能级差是量子化的，可知辐射的光子能量是量子化的，所以氢原子跃迁时，只能发出特定频率的光谱线，选项C错误；D．在辐射出的光子中，从跃迁到辐射的光子能量最小，选项D错误。故选A。4.4第2课时玻尔理论对氢光谱的解释氢原子能级跃迁〖素养目标〗2.了解能级、能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念．3.掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．〖知识梳理〗知识点一、玻尔理论对氢光谱的解释(1)解释巴耳末公式①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝Em－En.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定态轨道的量子数n和2.并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好．(2)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个能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．知识点二、玻尔理论的局限性(1)成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律．(2)局限性保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动．(3)电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率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．〖典例精析〗例1.图中所示为氢原子的能级示意图，关于氢原子跃迁，下列说法正确的是()A．一群处于n＝5激发态的氢原子，向低能级跃迁时可以发出10种不同频率的光B．一个处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时可以发出6种不同频率的光C．用12eV的光子照射处于基态的氢原子时，电子可以跃迁到n＝2能级D．氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时动能增大，氢原子的电势能增大例2．光子能量为ε的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率为v1、v2、…、v6的六种光谱线，且v1＜v2＜…＜v6，则ε等于（）A．hv1 B．hv6C．h（v5－v1） D．h（v1+v2+…+v6）〖素养作业〗1．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁，最多能够产生谱线的条数是（）A．1 B．2 C．3 D．42．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（）A．要放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能增大B．要吸收光子，氢原子的能量增加，电子的动能增大C．要放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能减小D．要吸收光子，氢原子的能量增加，电子的动能减小3．原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。原子的跃迁伴随着能量的变化。一个氢原子从能级跃迁到能级的过程中，下列说法正确的是（）A．该氢原子吸收光子，能量增加，电子的动能减少，电势能增加B．该氢原子吸收光子，能量减少，电子的动能减少，电势能减少C．该氢原子放出光子，能量增加，电子的动能增加，电势能增加D．该氢原子放出光子，能量减少，电子的动能增加，电势能减少4．如图所示，大量处于n=3能级的氢原子向基态跃迁的过程中能向外辐射出不同频率光的种数为（）A．3种 B．4种 C．5种 D．6种5．如图为玻尔为了解释氢原子光谱而画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有（）A．最多只能辐射出6种频率的光子B．可辐射出能量为的光子C．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线D．在辐射出的光子中，从n=4跃迁到n=1辐射的光子能量最小

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁例1.〖解析〗A对：一群处于n＝5激发态的氢原子，向低能级跃迁时，最多发出Ceq\o\al(2,5)＝10种不同频率的光子．B错：一个处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时，最多可以发出3种不同频率的光子．C错：用12eV的光子照射处于基态的氢原子时，该光子能量不能被吸收而使电子发生跃迁．D错：氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时，原子能量减小，根据keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)得，电子动能增大，则氢原子的电势能减小．〖答案〗A例2.〖答案〗A〖解析〗对于量子数n=4的一群氢原子，当它们向较低的激发态成基态跃迁时，可能产生的谱线条数为，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是n=4，且从n=4到n=3放出的光子能量最小，频率最低即为v1，因此，处于n=3能极的氢原子吸收频率为v1的光子（能量ε=hv1），从n=3能级跃迁到n=4能级后，方可发出6种频率的光谱线．A.hv1与计算结果ε=hv1相符，故A符合题意；B.hv6与计算结果ε=hv1不相符，故B不符合题意；C.h（v5－v1）与计算结果ε=hv1不相符，故C不符合题意；D.h（v1+v2+…+v6）与计算结果ε=hv1不相符，故D不符合题意；〖素养作业〗1.〖答案〗C〖解析〗可以从n=3能级跃迁到n=2能级，然后再从n=2能级跃迁到n=1能级，也可以从n=3能级直接跃迁到n=1能级，因此最多能够产生3条谱线。故选C。2.〖答案〗A〖解析〗根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能增大，电势能减小。故选A。3.〖答案〗A〖解析〗一个氢原子从n=2能级跃迁到n=5能级，该氢原子吸收光子，能量增加，轨道半径变大，库仑力做负功，电势能增加，动能减小。故选A。4.〖答案〗A〖