學(xué)人教版選修35 18.3氫原子光譜 課件（1）（46張）.ppt

第3節(jié)氫原子光譜 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第3節(jié)氫原子光譜 課前自主學(xué)案 課標定位 學(xué)習(xí)目標 1 了解玻爾理論的主要內(nèi)容 2 掌握氫原子能級和軌道半徑的規(guī)律 3 了解氫原子光譜的特點 知道巴爾末公式及里德伯常數(shù) 4 理解玻爾理論對氫光譜規(guī)律的解釋 重點難點 1 玻爾的原子模型 氫原子能級結(jié)構(gòu) 2 玻爾理論對氫光譜的解釋 課前自主學(xué)案 一 玻爾原子模型1 玻爾理論的建立背景和觀點 1 經(jīng)典理論的困難 電子繞原子核做圓周運動輻射能量 最終落入 但事實并非如此 不能解釋原子的 隨電子運行軌道的不斷變化 電子繞核運行的頻率也不斷變化 原子輻射電磁波的頻率也應(yīng)不斷變化 大量原子發(fā)光的頻率應(yīng)當(dāng)是 但實際上原子光譜是 的 原子核 穩(wěn)定性 連續(xù)光譜 不連續(xù) 2 玻爾的觀點 玻爾接受普朗克和愛因斯坦的 思想 并將原子結(jié)構(gòu)與 聯(lián)系起來 提出了量子化的原子模型 量子化 光譜 思考感悟 1 經(jīng)典電磁理論解釋原子光譜遇到的困難說明了什么 提示 這說明從宏觀現(xiàn)象中總結(jié)出來的經(jīng)典電磁理論不適用于微觀現(xiàn)象 必須代之以新的理論 不連續(xù) 向外輻射 定態(tài) 軌道 頻率 h e2 e1 運行軌道 不連續(xù) 量子數(shù) 二 氫原子的能級結(jié)構(gòu)1 能級 在玻爾的原子理論中 原子只能處于一系列 的能量狀態(tài) 在每個狀態(tài)中 原子的能量值都是 各個確定的能量值叫做能級 2 氫原子能級和軌道半徑公式en n 1 2 3 rn n 1 2 3 式中 e1 r1 不連續(xù) 確定的 n2r1 13 6ev 0 53 10 10m 3 能級躍遷 1 在正常或穩(wěn)定狀態(tài)時 原子盡可能處于最低能級 電子受核的作用力最大而處于離核最近的軌道 這時原子的狀態(tài)叫做 電子吸收能量后 從基態(tài)躍遷到較高的能級 這時原子的狀態(tài)叫做 2 當(dāng)電子從高能級躍遷到低能級時 原子會 能量 當(dāng)電子從低能級躍遷到高能級時 原子要 能量 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 輻射 吸收 3 由于電子的能級是不連續(xù)的 所以原子在躍遷時吸收或輻射的能量都不是任意的 這個能量等于電子躍遷時始末兩個能級間的 能量差值不同 發(fā)射的光頻率也不同 我們就能觀察到 的光 能量差 不同顏色 三 氫原子光譜1 氫原子光譜的特點 1 從紅外區(qū)到紫外區(qū)呈現(xiàn)多條具有確定 或頻率 的譜線 2 從長波到短波 h h 等譜線間的距離 表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性 波長 越來越小 里德伯 思考感悟 2 巴爾末公式反映了氫原子譜線的分立特征 這說明了什么 提示 譜線的分立特征反映原子內(nèi)部電子運動的量子化特征 對于研究更復(fù)雜的原子的結(jié)構(gòu)具有指導(dǎo)意義 四 玻爾理論對氫光譜的解釋1 理論推導(dǎo) 由玻爾理論可知 當(dāng)激發(fā)到高能級e2的電子躍遷到低能級e1時 就會釋放出能量 根據(jù) e2 e1 此式在形式上與氫原子光譜規(guī)律的波長公式一致 當(dāng)n1 2 n2 3 4 5 6 時就是 公式 2 巴爾末系 氫原子從相應(yīng)的能級躍遷到n 的能級得到的線系 巴爾末 2 核心要點突破 一 對原子能級躍遷的理解 圖2 3 1 1 1 氫原子能級圖 如圖2 3 1所示能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài) 氫原子可以有無窮多個能級值 2 橫線左端的數(shù)字 1 2 3 表示量子數(shù) 1 表示原子處于基態(tài) 2 3 表示原子處于不同的激發(fā)態(tài) 3 橫線右端的數(shù)字 13 6 3 4 表示氫原子各個狀態(tài)的能量值 4 n 1對應(yīng)于基態(tài) n 對應(yīng)于原子的電離 從能級圖可以看出 n越大 能級線越密 表現(xiàn)為上密下疏 這表明量子數(shù)n越大 相鄰的能量差越小 2 根據(jù)玻爾理論 當(dāng)氫原子從高能級躍遷到低能級時以光子的形式放出能量 原子在始 末兩個能級em和en m n 間躍遷時 輻射光子的能量等于前后兩個能級之差 h em en 由于原子的能級不連續(xù) 所以輻射的光子的能量也不連續(xù) 因此產(chǎn)生的光譜是分立的線狀光譜 圖2 3 2 3 躍遷時電子動能 原子電勢能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時 庫侖引力做正功 原子的電勢能ep減小 電子動能增大 原子能量減小 反之 軌道半徑增大時 原子電勢能增大 電子動能減小 原子能量增大 4 使原子能級躍遷的兩種粒子 光子與實物粒子 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 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能級時能量不足 則可激發(fā)到n能級的問題 2 原子還可吸收外來實物粒子 例如自由電子 的能量而被激發(fā) 由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值 均可使原子發(fā)生能級躍遷 5 原子躍遷時需注意的幾個問題 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 但是如果容器中盛有大量的氫原子 這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn) 2 注意直接躍遷與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 兩種情況的輻射 或吸收 光子的頻率不同 3 注意躍遷與電離原子躍遷時 不管是吸收還是輻射光子 其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量差 若想把處于某一定態(tài)上的原子的電子電離出去 就需要給原子一定的能量 如基態(tài)氫原子電離 其電離能為13 6ev 只要能量等于或大于13 6ev的光子都能被基態(tài)氫原子吸收而電離 只不過入射光子的能量越大 原子電離后產(chǎn)生的電子具有的動能越大 特別提醒 對于處于高能級狀態(tài)的一群氫原子 每個原子都能向低能級狀態(tài)躍遷 且躍遷存在多種可能 有的可能一次躍遷到基態(tài) 有的可能經(jīng)幾次躍遷到基態(tài) 同樣 處于基態(tài)的氫原子吸收不同能量時 可以躍遷到不同的激發(fā)態(tài) 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā) 下列措施可行的是 用10 2ev的光子照射 用11ev的光子照射 用14ev的光子照射 用11ev動能的電子碰撞a b c d 解析 選b 由原子的躍遷條件知 氫原子在各能級間躍遷時 只有吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子 即h e初 e終 由氫原子能級關(guān)系不難算出10 2ev剛好為氫原子n 1和n 2的兩能級之差 而11ev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 對于14ev的光子 其能量大于氫原子的電離能 13 6ev 足以使氫原子電離 使電子脫離核的束縛而成為自由電子 因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制 由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律不難知道 氫原子吸收14ev的光子電離后產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0 4ev的動能 另外 用電子去碰撞氫原子時 入射電子的動能可全部或部分地被氫原子吸收 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)的能量之差 也可使氫原子激發(fā) 由以上分析知選項b正確 二 對氫原子光譜的幾點說明氫原子是自然界中最簡單的原子 通過對它的光譜線的研究 可以了解原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 氫原子光譜線是最早發(fā)現(xiàn) 研究的光譜線 1 氫光譜是線狀的 不連續(xù)的 波長只能是分立的值 2 譜線之間有一定的關(guān)系 可用一個統(tǒng)一的公式 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 對于巴爾末公式下列說法正確的是 a 所有氫原子光譜的波長都與巴爾末公式相對應(yīng)b 巴爾末公式只確定了氫原子發(fā)光的可見光部分的光的波長c 巴爾末公式確定了氫原子發(fā)光的一個線系的波長 其中既有可見光 又有紫外光d 巴爾末公式確定了各種原子發(fā)光中的光的波長 解析 選c 巴爾末公式只確定了氫原子發(fā)光中一個線系波長 不能描述氫原子發(fā)出的各種波長 也不能描述其他原子的發(fā)光 a d錯誤 巴爾末公式是由當(dāng)時已知的可見光中的部分譜線總結(jié)出來的 但它適用于整個巴爾末線系 該線系包括可見光和紫外光 b錯誤 c正確 三 玻爾原子理論的成功和局限性1 成功方面 1 運用經(jīng)典理論和量子化觀念確定了氫原子的各個定態(tài)的能量 并由此畫出其能級圖 2 處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷輻射出光子 輻射光子的能量與實際符合的很好 由于能級是分立的 輻射光子的波長也是不連續(xù)的 3 導(dǎo)出了巴爾末公式 并從理論上算出里德伯常量r的值 并很好地解釋甚至預(yù)言了氫原子的其他譜線系 4 能夠解釋原子光譜 每種原子都有特定的能級 原子發(fā)生躍遷時 每種原子都有自己的特征譜線 即原子光譜是線狀光譜 利用光譜可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成部分 2 局限性和原因 1 局限性 成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律 但不能解釋稍微復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象 2 原因 保留了經(jīng)典粒子的觀念 把電子的運動仍然看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運動 課堂互動講練 關(guān)于玻爾原子模型 下列說法錯誤的是 a 原子處在具有一定能量的定態(tài)中 雖然電子做變速運動 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動的頻率 精講精析 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 故選項a b c正確 原子輻射的能量與電子繞核的運動無關(guān) 故d錯誤 答案 d 方法總結(jié) 解決此題的關(guān)鍵有三點 1 定態(tài)假設(shè) 原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 在這些狀態(tài)中 原子是穩(wěn)定的 2 躍遷假設(shè) 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時 吸收或輻射一定頻率的光子 3 軌道假設(shè) 原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行軌道 2010年高考山東理綜卷 大量氫原子處于不同能量激發(fā)態(tài) 發(fā)生躍遷時放出三種不同能量的光子 其能量值分別是 1 89ev 10 2ev 12 09ev 躍遷發(fā)生前這些原子分布在 個激發(fā)態(tài)能級上 其中最高能級的能量值是 ev 基態(tài)能量為 13 6ev 答案 2 1 51變式訓(xùn)練 2011年高考四川卷 氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為 1 從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為 2 已知普朗克常量為h 若氫原子從能級k躍遷到能級m 則 a 吸收光子的能量為h 1 h 2b 輻射光子的能量為h 1 h 2c 吸收光子的能量為h 2 h 1d 輻射光子的能量為h 2 h 1 解析 選d 氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光 說明能級m高于能級n 而從能級n躍遷到能級k時