高中物理 2.4玻爾的原子模型能級課件1 教科版選修3-5.ppt

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,,第二章 原子結(jié)構(gòu),2.4 玻爾的原子模型 能級,1.了解玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論和能級的概念. 2.知道玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論能夠?qū)涔庾V作出較好的解釋. 3.掌握氫原子的能級圖. 4.了解玻爾理論的重要意義和局限性.,學(xué)習(xí)目標(biāo)定位,,,,,學(xué)習(xí)探究區(qū),一、對玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的理解,二、原子的能級躍遷問題,一、對玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的理解,問題設(shè)計,,按照經(jīng)典理論，核外電子在庫侖引力作用下繞原子核做圓周運(yùn)動.我們知道，庫侖引力和萬有引力形式上有相似之處，電子繞原子核的運(yùn)動與衛(wèi)星繞地球運(yùn)動也一定有某些相似之處，那么若將衛(wèi)星—地球模型縮小是否變?yōu)殡娮印雍四Ｐ湍兀?答案 不是.在玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論中，電子的軌道半徑只可能是某些分立的值，而衛(wèi)星的軌道半徑可按需要任意取值.,要點提煉,,對玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論的三點理解 1.軌道量子化 (1)軌道半徑只能夠是某些 的數(shù)值； (2)氫原子的電子最小軌道半徑r1＝0.053 nm，其余軌道半徑滿足rn＝ ，n為量子數(shù)，n＝ .,分立,n2r1,1,2,3，…,2.能量量子化 (1)不同軌道對應(yīng)不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運(yùn)動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的，原子在不同的狀態(tài)有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的. (2)基態(tài) 原子 的能量狀態(tài)稱為基態(tài)，對應(yīng)的電子在離核最 的軌道上運(yùn)動，氫原子基態(tài)能量E1＝ .,最低,近,－13.6 eV,(3)激發(fā)態(tài) 的能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，對應(yīng)的電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動. 氫原子各能級的關(guān)系為：En＝ (E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…).,較高,3.能級躍遷與光子的發(fā)射和吸收： (1)光子的發(fā)射 原子從高能級(En)向低能級(Em)躍遷時會 光子，放出光子的能量hν與始末兩能級En、Em之間的關(guān)系為：hν＝ ，其中h叫普朗克常量，h＝6.6310－34 Js. (2)光子的吸收 原子吸收光子后可以從 躍遷到 .,發(fā)射,En－Em,低能級,高能級,延伸思考,,為什么氫原子的定態(tài)能量為負(fù)值？氫原子由低能級躍遷到高能級的過程中動能如何變化？電勢能Ep及軌道能量如何變化？,答案 氫原子的定態(tài)能量包括兩種能量：電子繞核運(yùn)動的動能及電子—氫原子核系統(tǒng)的電勢能.在研究電勢能時我們通常取無窮遠(yuǎn)處作零勢能面，設(shè)電子距核的半徑為,r，電子質(zhì)量為m，由k ＝m 可知電子的動能Ek＝ k ，而電勢能的表達(dá)式為Ep＝－k ，兩者之和即為軌道能量E＝Ek＋Ep＝－ k ，所以氫原子的定態(tài)能量為負(fù)，基態(tài)的半徑為r1＝0.053 nm，E1＝－13.6 eV是其定態(tài)能量的最低值.,從氫原子核外電子的動能Ek、電勢能Ep及軌道能量E的表達(dá)式可以看出當(dāng)氫原子從低能量態(tài)Em向高能量態(tài)En(nm)躍遷時，r增大，Ek減小，Ep增大，(或r增大時，庫侖力做負(fù)功，電勢能Ep增大)，E增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hν＝En－Em.,例1 玻爾在他提出的原子模型中所作的假設(shè)有( ) A.原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做加速運(yùn) 動，但不向外輻射能量 B.原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動 相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的 C.電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射(或吸收) 一定頻率的光子 D.電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn) 動的頻率,解析 A、B、C三項都是玻爾提出來的假設(shè)，其核心是原子定態(tài)概念的引入與能量躍遷學(xué)說的提出，也就是“量子化”的概念.原子的不同能量狀態(tài)與電子繞核運(yùn)動時不同的圓軌道相對應(yīng)，是經(jīng)典理論與量子化概念的結(jié)合.原子輻射的能量與電子在某一可能軌道上繞核的運(yùn)動無關(guān). 答案 ABC,例2 氫原子的核外電子從距核較近的軌道上躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中( ) A.原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增 大，原子的能量增大 B.原子要放出光子，電子的動能減少，原子的電勢能減 少，原子的能量也減少 C.原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減 少，原子的能量增大 D.原子要吸收光子，電子的動能減少，原子的電勢能增 大，原子的能量增加,解析 由庫侖力提供向心力，即 ＝ ，Ek＝ mv2＝ ，由此可知電子離核越遠(yuǎn)r越大，則電子的動能越小，故A、C錯誤； 因r增大過程中庫侖力做負(fù)功，故電勢能增加，B錯； 再結(jié)合玻爾理論和原子的能級公式可知，D正確. 答案 D,返回,問題設(shè)計,,二、原子的能級躍遷問題,根據(jù)氫原子的能級圖，說明： (1)氫原子從高能級向低能級躍遷時，發(fā)出的光子的頻率如何計算？,答案 氫原子吸收(或輻射)光子的能量決定于兩個能級差hν＝En－Em(nm).,(2)如圖1所示，是氫原子的能級圖，若有一群 處于n＝4的激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時 能輻射出多少種頻率不同的光子？,圖1,答案 氫原子能級躍遷圖如圖所示.從圖中 可以看出能輻射出6種頻率不同的光子，它 們分別是n＝4→n＝3，n＝4→n＝2，n＝4 →n＝1，n＝3→n＝2，n＝3→n＝1，n＝2→n＝1.,要點提煉,,1.電子從一種能量態(tài)躍遷到另一種能量態(tài)時，吸收(或放出)能量為hν的光子(h是普朗克常量)，這個光子的能量由前后兩個能級的 決定，即hν＝ (mn).若n→m，則 光子，若m→n，則 光子.,能量差,En－Em,輻射,吸收,2.根據(jù)氫原子的能級圖可以推知，一群量子數(shù)為n的氫原子最后躍遷到基態(tài)時，可能發(fā)出的不同頻率的光子 數(shù)可用N＝C ＝ 計算.,延伸思考,,我們知道，高速運(yùn)動的電子與原子撞擊，也可能使原子躍遷，氫原子吸收光子能量而躍遷與吸收電子能量而躍遷有何不同？,答案 如用電子與氫原子相碰撞，有可能將電子的一部分動能傳遞給氫原子而使其發(fā)生躍遷，此時氫原子會吸收電子的部分能量(所吸收能量由hν＝En,－Em決定)而躍遷，電子還會有剩余的能量；但氫原子吸收光子能量時通常是將其全部吸收(或根本不吸收).如：基態(tài)氫原子可吸收10.2 eV的光子而躍遷到第一激發(fā)態(tài)，而能量為11 eV的光子則不能被其吸收，但如果是動能為11 eV的電子與氫原子碰撞，氫原子可以吸收其中10.2 eV的能量而躍遷，電子剩下的動能為0.8 eV.,例3 欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是( ) A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用11 eV的電子碰撞,解析 由“玻爾原子結(jié)構(gòu)理論”的躍遷假設(shè)可知，氫原子在各能級間，只能吸收能量值剛好等于兩能級之差的光子. 由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2 eV剛好為氫原子n＝1和n＝2的兩能級之差，而11 eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者.對14 eV的光子，其能量大于氫原子電離能，足可使“氫原子”電離，而不受氫原子能級間躍,遷條件的限制，由能量守恒定律不難知道，氫原子吸收14 eV的光子，電離后產(chǎn)生的自由電子仍具有0.4 eV的動能. 用電子去碰撞氫原子時，入射電子的動能可全部或部分地為氫原子吸收，所以只要入射電子的動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)能量之差，也可使氫原子激發(fā)，故正確選項為A、C、D. 答案 ACD,返回,課堂要點小結(jié),玻爾的原子模型 能級,玻爾原子 理論的基 本假設(shè),定態(tài)假設(shè) 軌道量子化假設(shè) 躍遷假設(shè)：hν＝En－Em(mn),玻爾理論對氫 光譜的解釋,氫原子能級公式En＝ (n＝1，2，3…) 氫原子能級圖,玻爾理論的成功與局限性及發(fā)展,返回,,,,,,,自我檢測區(qū),1,2,3,4,1,2,3,4,1.光子的發(fā)射和吸收過程是( ) A.原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)要放出光子，放出光子的能 量等于原子在始、末兩個能級的能量差 B.原子不能從低能級向高能級躍遷 C.原子吸收光子后從低能級躍遷到高能級，放出光子后 從較高能級躍遷到較低能級 D.原子無論是吸收光子還是放出光子，吸收的光子或放 出的光子的能量恒等于始、末兩個能級的能量差值,CD,1,2,3,4,2.如圖2所示，1、2、3、4為玻爾理論中氫原子最低的四個能級.處在n＝4能級的一群氫原子向低能級躍遷時，能發(fā)出若干種頻率不同的光子，在這些光子中，波長最長的是( ) A.n＝4躍遷到n＝1時輻射的光子 B.n＝4躍遷到n＝3時輻射的光子 C.n＝2躍遷到n＝1時輻射的光子 D.n＝3躍遷到n＝2時輻射的光子,圖2,B,1,2,3,4,3.用能量為12.6 eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子，受光子照射后，下列關(guān)于這群氫原子的躍遷的說法正確的是( ) A.原子能躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)上 B.原子能躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)上 C.原子能躍遷到n＝4的激發(fā)態(tài)上 D.原子不能躍遷,D,1,2,3,4,4.欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是( ) A.用11.5 eV的光子照射 B.用11.5 eV的電子碰撞 C.用15 eV的光子照射 D.用15 eV的電子碰撞,解析 氫原子只能吸收等于兩能級之差的光子，A項錯； 對于15 eV的光子其能量大于基態(tài)氫原子的電離能，可被基態(tài)氫原子吸收而電離，C項正確； 對于電子碰撞，只要入射電子的動能大于或等于兩個能級差或電離能，都可使氫原子激發(fā)，B、D正確.,BCD,