學(xué)粵教版選修35 3.4 原子的能級結(jié)構(gòu) 課件（3）（40張）.ppt

第四節(jié)原子的能級結(jié)構(gòu) 1 了解原子的能級 躍遷 能量量子化以及基態(tài)和激發(fā)態(tài)等概念 2 了解原子能量子化是如何提出來的 理解原子發(fā)射與吸收光子的頻率和能級差的關(guān)系 3 知道氫原子能級公式 以及能利用能級公式分析一些有關(guān)能級的問題 4 能用原子的能級結(jié)構(gòu)解釋氫原子的光譜的不連續(xù)性 按經(jīng)典理論電子繞核旋轉(zhuǎn)做加速運動 電子將不斷向四周輻射電磁波 它的能量不斷減小 從而將逐漸靠近原子核 最后落入原子核中 軌道及轉(zhuǎn)動頻率不斷變化 輻射電磁波頻率也是連續(xù)的 原子光譜應(yīng)是連續(xù)的光譜 實驗表明原子相當(dāng)穩(wěn)定 這一結(jié)論與實驗不符 實驗測得原子光譜是不連續(xù)的譜線 氫原子的發(fā)光原理是什么 用什么理論來解釋氫原子的發(fā)光現(xiàn)象 一 能級結(jié)構(gòu)猜想1 原子內(nèi)部 能量稱為原子的能級 原子從一個能級變化到另一能級的過程叫做 2 躍遷時輻射 或吸收 一定頻率的光子 光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定 即 h為普朗克常量 二 氫原子的能級1 氫原子的能級 或 躍遷 不連續(xù)的 h em en 2 在正常狀態(tài)下 氫原子處于 這個 對應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài) 3 對應(yīng)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài) 4 氫原子的能級圖如圖所示 較高能級 最低的能級e1 n 1 最低能級 玻爾理論的理解 一 經(jīng)典電磁理論的困惑1 原子是否穩(wěn)定 電子繞核旋轉(zhuǎn) 做的是一種變加速運動 因而就要向外輻射電磁波 由于能量不斷的向外輻射 使得電子繞核運動的軌道半徑也要減小 這樣電子會沿著螺旋線落在原子核上 因而原子是不穩(wěn)定的 但事實上原子通常是穩(wěn)定的 2 原子發(fā)光 所發(fā)射光的頻率遵循經(jīng)典電磁理論 電子繞核運動時輻射的電磁波的頻率等于電子繞核運動的頻率 當(dāng)電子運動的軌道半徑逐漸減小時 輻射的電磁波頻率將不斷增大 這樣大量原子發(fā)光時所發(fā)射的光應(yīng)包含各種頻率的光 而實際上原子所發(fā)出的光的頻率是不連續(xù)的 二 玻爾理論的三個要點1 能級 定態(tài) 假設(shè) 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的 電子雖然繞核運動 但并不向外輻射能量 2 躍遷假設(shè) 原子從一種定態(tài) 設(shè)能量為en 躍遷到另一種定態(tài) 設(shè)能量為em 時 它輻射 或吸收 一定頻率的光子 光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定 即h em en 3 軌道量子化假設(shè) 原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng) 原子的定態(tài)是不連續(xù)的 因此電子的可能軌道的分布也是分立的 下面關(guān)于玻爾理論的解釋中 不正確的說法是 a 原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中 每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量b 原子中 雖然核外電子不斷做加速運動 但只要能量狀態(tài)不改變 就不會向外輻射能量c 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時 一定要輻射一定頻率的光子d 原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道 并且這些軌道是不連續(xù)的 解析 由玻爾理論的三個要點可知 選項a b d說法是正確的 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時 可能輻射 也可能吸收一定頻率的光子 答案 c 課堂訓(xùn)練 1 按照玻爾原子理論 氫原子中的電子離原子核越遠 氫原子的能量 選填 越大 或 越小 已知氫原子的基態(tài)能量為e1 e1 0 電子質(zhì)量為m 基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為 的光子被電離后 電子速度大小為 普朗克常量為h 解析 電子離原子核越遠電勢能越大 原子能量也就越大 根據(jù)動能定理有 h e1 mv2 所以電離后電子速度為 答案 越大 氫原子的能級躍遷理解 一 能級及可能軌道半徑原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級 能量的最低狀態(tài)叫基態(tài) 氫原子的基態(tài)能量 e1 13 6ev e1代表電子在第一條可能軌道上運動時的能量 其它能級狀態(tài)叫激發(fā)態(tài) 其它各能級的關(guān)系為 en e1 n 1 2 3 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 它對應(yīng)電子在各條可能軌道上運動時的能量 包括動能和勢能 e2 3 4eve3 1 51eve4 0 85ev 氫原子的能級圖如上面圖所示 電子離核最近的一條可能軌道的半徑r1 0 53 10 10m 其它各條可能軌道的半徑rn n2r1 n 1 2 3 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 二 氫原子能級躍遷的可能氫原子核外電子從高能級向低能級躍遷時可能直接躍遷到基態(tài) 也可能先躍遷到其他低能級的激發(fā)態(tài) 然后再到基態(tài) 因此處于n能級的電子向低能級躍遷時就有很多可能性 則它有可能向量子數(shù)為1 2 3 n 的各個低能級躍遷 可形成的譜線總數(shù)為 n n 1 n 2 n 3 1 三 光子和實物粒子都可能使能級躍遷1 原子若是吸收光子的能量而被激發(fā) 其光子的能量必須等于兩能級的能量差 即h em en 否則不被吸收 不存在激發(fā)到n能級時能量有余 而激發(fā)到n 1時能量不足的問題 2 原子還可吸收外來實物粒子 如電子 的能量而被激發(fā) 實物粒子與原子核作用時 一般通過碰撞將能量轉(zhuǎn)給原子 要使原子躍遷 電子的能量必大于或等于兩定態(tài)的能級 即e em en 原子從一種定態(tài) 設(shè)能量為en 躍遷到無窮遠處的現(xiàn)象叫電離 發(fā)生電離時 原子獲得的能量必e en 四 原子躍遷時需注意的問題1 注意一群原子和一個原子 氫原子核外只有一個電子 這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上 在某段時間內(nèi) 由某一軌道躍遷到另一個軌道時 可能的情況只有一種 如果是一群原子 這些原子核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn) 2 注意直接躍遷和間接躍遷 原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時 有時可能是直接躍遷 有時可能是間接躍遷 兩種情況輻射 或吸收 光子的頻率不同 圖為氫原子能級的示意圖 現(xiàn)有大量的氫原子處于n 4的激發(fā)態(tài) 當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光 關(guān)于這些光下列說法正確的是 a 最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n 4能級躍到n 1能級產(chǎn)生的b 頻率最小的光是由n 2能級躍遷到n 1能級產(chǎn)生的 c 這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光d 用n 2能級躍遷到n 1能級輻射出的光照射逸出功為6 34ev的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) 解析 波長最長的光最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 是由n 4能級躍遷到n 3能級產(chǎn)生的 因此 從n 4能級躍遷到n 3能級放出的光子的頻率也是最小的 故a b錯 由n 4能級向低能級躍遷可輻射6種不同頻率的光 從n 2能級到n 1能級躍遷時放出光子的能量為10 2ev 能使逸出功為6 34ev的全屬鉑發(fā)生光電效應(yīng) 故c錯 d對 答案 d 課堂訓(xùn)練 2 氫原子部分能級的示意圖如圖所示 不同色光的光子能量如下表所示 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子 發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條 其顏色分別為 a 紅 藍 靛b 黃 綠c 紅 紫d 藍 靛 紫 解析 如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級 能夠發(fā)出10 2ev的光子 不屬于可見光 如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級 能夠發(fā)出12 09ev 10 2ev 1 89ev的三種光子 只有1 89ev屬于可見光 如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級 能夠發(fā)出12 75ev 12 09ev 10 2ev 2 55ev 1 89ev 0 66ev的六種光子 1 89ev和2 55ev屬于可見光 1 89ev的光子為紅光 2 55ev的光子為藍 靛 a正確 答案 a 1 雙選 關(guān)于玻爾原子理論的基本假設(shè) 下列說法中正確的是 a 原子中的電子繞原子核做圓周運動 庫侖力提供向心力b 電子繞核運動的軌道半徑只能取某些特定的值 而不是任意的 基礎(chǔ)達標(biāo) c 原子的能量包括電子的動能和勢能 電子動能可取任意值 勢能只能取某些分立值d 電子由一條軌道躍遷到另一條軌道上時 輻射 或吸收 的光子頻率等于電子繞核運動的頻率 解析 由玻爾理論知 a b正確 因電子軌道是量子化的 所以原子的能量也是量子化的 c錯誤 電子繞核做圓周運動時 不向外輻射能量 原子輻射的能量與電子繞核運動無關(guān) d錯誤 答案 ab 2 大量原子從n 4的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時 產(chǎn)生的光譜線數(shù)是 a 2條b 4條c 6條d 8條 解析 從n 4向低能級躍遷有3條 從n 3向低能級躍遷有2條 從n 2向低能級躍遷有1條 總共6條 即n 答案 c 3 雙選 根據(jù)玻爾理論 氫原子核外電子在第1條軌道和第2條軌道運行時 a 軌道半徑之比為1 4b 軌道能級的絕對值之比為2 1c 運行周期之比為1 8d 電子動能之比為1 4 4 氫原子從能量為e1的較高激發(fā)態(tài)躍遷到能量為e2的較低激發(fā)態(tài) 設(shè)真空中的光速為c 則 a 吸收光子的波長為b 輻射光子的波長為c 吸收光子的波長為d 輻射光子的波長為 解析 由玻爾理論的躍遷假設(shè) 當(dāng)氫原子由較高的能級向較低的能級躍遷時輻射光子 故a c錯 由關(guān)系式 得輻射光子的波長 故b錯 d對 答案 d 5 氫原子從能級a躍遷到能級b 吸收頻率 1的光子 從能級a躍遷到能級c釋放頻率 2的光子 若 2 1則當(dāng)它從能級c躍遷到能級b將 a 放出頻率為 2 1的光子b 放出頻率為 2 1的光子c 吸收頻率為 2 1的光子d 吸收頻率為 2 1的光子 解析 從能級a躍遷到能級b 吸收能量 說明b能級高于a能級 從能級a躍遷到能級c釋放能量說明a能級高于c能級 因此可推斷從能級c躍遷到能級b將吸收 1和 2的能量之和 答案 d 6 已知氫原子的能級公式為 en e1 其中e1 13 6ev 現(xiàn)讓一束單色光照射一群處于基態(tài)的氫原子 受照射后的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光 則該照射單色光的光子能量為 a 13 6evb 12 75evc 12 09evd 10 2ev 解析 受照射后的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光 說明氫原子受光照射后是從1能級躍遷到3能級 故 h em en 1 51ev 13 6ev 12 09ev 答案 c 7 氦原子被電離一個核外電子 形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子 已知基態(tài)氦離子能量為e1 54 4ev 氦離子能級的示意圖如圖所示 在具有下列能量的光子中 不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是 a 40 8evb 43 2evc 51 0evd 54 4ev 能力提升 解析 要吸收光子發(fā)生躍遷需要滿足一定的條件 即吸收的光子的能量必須是任意兩個能級的差值 40 8ev是第一能級和第二能級的差值 51 0ev是第一能級和第四能級的差值 54 4ev是電子電離需要吸收的能量 均滿足條件 選項a c d均可以 而b選項不滿足條件 答案 b 8 下圖中畫出了氫原子的4個能級 并注明了相應(yīng)的能量e 處在n 4能級的一群氫原子向低能級躍遷時 能夠發(fā)出若干種不同頻率的光波 已知金屬鉀的逸出功為2 22ev 在這些光波中 能夠從金屬鉀的表面打出光電子的總共有 a 兩種b 三種c 四種d 五種 解析 能夠從金屬鉀表面打出光電子的光子的能量必大于金屬鉀的逸出功2 22ev 從n 4能級向低能級躍遷的氫原子 能夠發(fā)出6種不同頻率的光子 其中從n 4能級躍遷到n 3能級和從n 3能級躍遷到n 2能級時放出的光子的能量小于2 22ev 不能從金屬鉀表面打出光電子 答案 c 9 如右下圖所示 氫原子從n 2的某一能級躍遷到n 2的能級 輻射出能量為2 55ev的光子 問最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量 才能使它輻射上述能量的光子 請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖 解析 氫原子從n 2的某一能級躍遷到n 2的能級 滿足 h en e2 2 55ev可得 en h e2 0 85ev 所以n 4 基態(tài)氫原子要躍遷到n 4的能級 應(yīng)提供 e e4 e1 12 75ev躍遷圖見下圖 答案 12 75ev見解析圖 10 氫原子在基態(tài)時軌道半徑r1 0 53 10 10m 能量e1 13 6ev 求氫原子處于