高中物理原子的能級結(jié)構(gòu)學(xué)案含解析粵教版選修

1、學(xué)案4原子的能級結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.知道玻爾原子理論基本假設(shè)的主要內(nèi)容.2.了解能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念.3.能用玻爾原子理論簡單解釋氫原子模型1愛因斯坦的光子假說：光的能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子，一個(gè)光子的能量為h. 2巴耳末公式：R()，n3,4,5,6.3eV是能量的單位，1 eV1.6×1019 J.4能級結(jié)構(gòu)猜想(1)能級：原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級(2)躍遷：原子從一個(gè)能級變化到另一個(gè)能級的過程叫做躍遷，處于高能級的原子會(huì)自發(fā)地向低能級躍遷，并且在這個(gè)過程中輻射光子原子吸收了特定頻率的光子或者通過其他途徑獲得能量時(shí)便可以

2、從低能級向高能級躍遷(3)輻射或吸收光子的能量：hEmEn.5氫原子的能級(1)玻爾推導(dǎo)出氫原子的能級滿足：En，n1,2,3，式中R為里德伯常量，h為普朗克常量，c為光速，n為正整數(shù)這個(gè)式子表明，氫原子的能量是不連續(xù)的，只能取一些定值，氫原子的能量是量子化的，因此n也被稱為能量量子數(shù)(2)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，氫原子處于最低的能級E1(n1)，這個(gè)最低能級對應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)氫原子在基態(tài)的能量為13.6 eV.(3)激發(fā)態(tài)：當(dāng)電子受到外界激發(fā)時(shí)，可從基態(tài)躍遷到較高的能級E2、E3上，這些能級對應(yīng)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)6氫原子發(fā)光的原因處于激發(fā)態(tài)的氫原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)向較低的能級躍遷，躍遷時(shí)釋放出來的

3、能量以光子形式向外輻射，這就是氫原子發(fā)光現(xiàn)象，原子輻射出的光子的能量等于兩能級間的能量差.一、對玻爾理論的理解問題設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)與衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)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就可以變?yōu)殡娮釉雍四Ｐ湍?？答案不可以在玻爾理論中，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(diǎn)提煉1軌道量子化(1)軌道半徑只能夠是某些分立的數(shù)值(2)氫原子的電子最小軌道半徑r10.053 nm，其余軌道半徑滿足rnn2r1，n為量子數(shù)，n1,2,3，.2能量量

4、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(dòng)，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的，原子在不同狀態(tài)有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的(2)基態(tài)：原子最低的能量狀態(tài)稱為基態(tài)，對應(yīng)的電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，氫原子基態(tài)能量E113.6_eV.(3)激發(fā)態(tài)：較高的能量狀態(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(dòng)氫原子各能級的關(guān)系為：EnE1(E113.6 eV，n1,2,3，)3能級躍遷與光子的發(fā)射和吸收(1)光子的發(fā)射：電子從高能級(Em)向低能級(En)躍遷時(shí)會(huì)放出光子，放出光子的能量h與始末兩能級Em、En之間的關(guān)系為：hEmEn.(2)光子的吸收：電子吸收特定

5、頻率的光子后可以從低能級躍遷到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(dòng)能如何變化？電勢能Ep及軌道能量如何變化？答案(1)氫原子的定態(tài)能量包括兩種能量：電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能及電子氫原子核系統(tǒng)的電勢能在研究電勢能時(shí)我們通常取無窮遠(yuǎn)處作為零勢能，設(shè)電子距核的半徑為r，電子質(zhì)量為m，由km可知電子的動(dòng)能Ekk，而電勢能的表達(dá)式為Epk，兩者之和即為軌道能量EEkEpk，所以氫原子的定態(tài)能量為負(fù)，基態(tài)的半徑為r10.053 nm，E113.6 eV是其定態(tài)能量的最低值(2)從氫原子核外電子的動(dòng)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)En向高

6、能量態(tài)Em(n<m)躍遷時(shí)，r增大，Ek減小，Ep增大(r增大時(shí)，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hEmEn.二、玻爾理論對氫光譜的解釋問題設(shè)計(jì)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(shí)，發(fā)出的光子的頻率如何計(jì)算？(2)如圖1所示，是氫原子的能級圖，若有一群處于n4的激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時(shí)能輻射出多少種頻率不同的光子？圖1答案(1)氫原子輻射光子的能量取決于兩個(gè)能級的能量差hEmEn(n<m)(2)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n4n3，n4n2，n4n1，n3n2，n3

7、n1，n2n1.要點(diǎn)提煉1電子從一種能量態(tài)躍遷到另一種能量態(tài)時(shí)，吸收(或放出)能量為h的光子(h是普朗克常量)，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級的能量差決定，即hEmEn(m>n)若mn，則輻射光子，若nm，則吸收光子2根據(jù)氫原子的能級圖可以推知，一群量子數(shù)為n的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可能發(fā)出的不同頻率的光子數(shù)可用NC計(jì)算一、對玻爾理論的理解例1(單選)玻爾在他提出的原子模型中所作的假設(shè)不包括()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(dòng)，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(dòng)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(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，輻射(

8、或吸收)一定頻率的光子D電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率解析A、B、C三項(xiàng)都是玻爾提出來的假設(shè)，其核心是原子定態(tài)概念的引入與能級躍遷學(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(dòng)時(shí)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運(yùn)動(dòng)的頻率無關(guān)答案D二、氫原子躍遷中的能量問題例2(單選)氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中()A原子要吸收光子，電子的動(dòng)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(dòng)能減小，原子的電勢能減小，原子的能量也減小C原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原

9、子的電勢能減小，原子的能量增大D原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢能增大，原子的能量增大解析由庫侖力提供向心力，即，Ekmv2，由此可知電子離核越遠(yuǎn)，r越大，則電子的動(dòng)能越小，故A、C錯(cuò)誤；因r增大過程中庫侖力做負(fù)功，故電勢能增大，B錯(cuò)誤；結(jié)合玻爾理論和原子的能級公式可知，D正確答案D三、氫原子的躍遷規(guī)律分析例3如圖2所示，氫原子從n2的某一能級躍遷到n2的能級，輻射出能量為2.55 eV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?jiān)趫D中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖圖2解析氫原子從n2的某一能級躍遷到n2的能級，滿足：hEnE22.5

10、5 eVEnhE20.85 eV所以n4基態(tài)氫原子要躍遷到n4的能級，應(yīng)提供EE4E112.75 eV.躍遷圖如圖所示答案見解析1(雙選)原子的能量量子化現(xiàn)象是指()A原子的能量是不可以改變的B原子的能量與電子的軌道無關(guān)C原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的D原子具有分立的能級答案CD解析正確理解玻爾理論中的量子化概念是解題的關(guān)鍵根據(jù)玻爾理論，原子處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些能量值稱為能級，原子不同的能量狀態(tài)對應(yīng)不同的軌道，故C、D選項(xiàng)正確2(單選)關(guān)于玻爾的原子模型理論，下面說法正確的是()A原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中B原子的能量狀態(tài)不是連續(xù)的C原子中的核外電子繞核做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)一定向外輻射能量D

11、原子中的電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是連續(xù)的答案B3(雙選)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(gè)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，從較高能級躍遷到較低能級時(shí)放出光子D原子無論是吸收光子還是放出光子，吸收或放出光子的能量恒等于始末兩個(gè)能級的能量差值 答案CD4(單選)如圖3所示，1、2、3、4為玻爾理論中氫原子最低的四個(gè)能級處在n4能級的一群氫原子向低能級躍遷時(shí)，能發(fā)出若干種頻率不同的光子，在這些光中，波長最長的是()圖3An4躍遷到n1時(shí)輻射的光子Bn4躍遷到n3時(shí)輻射的光子Cn2躍遷到n1時(shí)輻射

12、的光子Dn3躍遷到n2時(shí)輻射的光子答案B5(單選)用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為1、2、3的三條譜線，且321，則()A01 B321C0123 D.答案B解析大量氫原子躍遷時(shí)，只有三種頻率的光譜，這說明是從n3能級向低能級躍遷，根據(jù)能量守恒有，h3h2h1，解得：321，選項(xiàng)B正確概念規(guī)律題組1(雙選)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C氫原子光譜說明氫原子的能級是分立的D氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān)答案BC解析氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫原子光譜說明：氫

13、原子只能發(fā)出特定頻率的光，氫原子能級是分立的，故選項(xiàng)B、C正確；由玻爾理論知?dú)湓影l(fā)射出的光子能量由前、后兩個(gè)能級的能量差決定，即hEmEn，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤2(雙選)關(guān)于玻爾的原子模型，下列說法中正確的是()A它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說B它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說C它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論D它引入了普朗克的量子理論答案BD解析玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)模型的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級躍遷，故A錯(cuò)誤，B正確，它的成功就在于引入了量子化理論，缺點(diǎn)是被過多引入的經(jīng)典力學(xué)所困，故C錯(cuò)誤，D正確3(單選)根據(jù)玻爾理論，以下說法不正確的是()A電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B處

14、于定態(tài)的原子，其電子做加速運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的D原子能級躍遷時(shí)，輻射或吸收光子的能量取決于兩個(gè)軌道的能量差答案A解析根據(jù)玻爾理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，但并不向外輻射能量，也不會(huì)向外輻射電磁波，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確電子繞核運(yùn)動(dòng)的可能軌道半徑是量子化的，不連續(xù)的，選項(xiàng)C正確原子在發(fā)生能級躍遷時(shí)，要放出或吸收一定頻率的光子，光子能量取決于兩個(gè)能級的能量差，故選項(xiàng)D正確4.圖1(單選)如圖1所示為氫原子的四個(gè)能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是()A原子A可能輻射出3種頻率的光子B原子B可能輻射出3種頻率

15、的光子C原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4答案B解析原子A處于激發(fā)態(tài)E2，它只能輻射出1種頻率的光子；原子B處于激發(fā)態(tài)E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，輻射出3種頻率的光子；原子由低能級躍遷到高能級時(shí)，只能吸收具有能級差的能量的光子，由以上分析可知，只有B項(xiàng)正確方法技巧題組5.圖2(單選)氫原子的能級圖如圖2所示，欲使一處于基態(tài)的氫原子釋放出一個(gè)電子而變成氫離子，氫原子需要吸收的能量至少是()A13.6 eVB10.20 eVC0.54 eVD27.20 eV答案A解析要使氫原子變成氫離子，使氫原子由基態(tài)向高能級

16、躍遷，需要吸收的能量大于或等于EEnE10(13.6 eV)13.6 eV.6(單選)氫原子的能級圖如圖3所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62 eV3.11 eV.下列說法錯(cuò)誤的是()圖3A處于n3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級向n3能級躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光答案D解析大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可發(fā)出6種不同頻率的光，其中有2種可見光，故C對，D錯(cuò)；n3上的氫原子的電離能為1.51 eV，而紫

17、外線的能量大于可見光的能量，即大于n3的電離能，所以能使原子發(fā)生電離，故A對；從n3以上的能級向n3能級躍遷時(shí)，發(fā)出的光子的能量都小于1.51 eV，譜線都在紅外區(qū)，這些譜線都具有顯著的熱效應(yīng)，B對故選D.7(單選)子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用圖4為氫原子的能級示意圖，假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n2能級的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為1、2、3、4、5和6的光子，且頻率依次增大，則E等于()圖4Ah(31) Bh(31)Ch3 Dh4答案C解析氫原子吸收光子后，能發(fā)出六種頻率的光，說明氫原子是從n4能級向低能級躍遷，則吸收的光

18、子的能量為EE4E2，E4E2恰好對應(yīng)著頻率為3的光子，故光子的能量為h3.8(單選)按照玻爾理論，氫原子從能級A躍遷到能級B時(shí)，釋放頻率為1的光子；氫原子從能級B躍遷到能級C時(shí)，吸收頻率為2的光子，且1>2.則氫原子從能級C躍遷到能級A時(shí)，將()A吸收頻率為21的光子B吸收頻率為12的光子C吸收頻率為21的光子D釋放頻率為12的光子答案B解析從A躍遷到B時(shí)，EAEBh1；從B躍遷到C時(shí)ECEBh2.兩式相減得ECEAh(21)由于1>2，所以從C躍遷到A將吸收頻率為12的光子，故B正確9(單選)若要使處于基態(tài)的氫原子電離，可以采用兩種方法，一是用能量為13.6 eV的電子撞擊氫原子，二是用能量為13.6 eV的光子照射氫原子，則()A兩種方法都可能使氫原子電離B兩種方法都不可能使氫原子電離C前者可使氫原子電離D后者可使氫原子電離答案D解析電子是有質(zhì)量的，撞擊氫原子時(shí)發(fā)生彈性碰撞由于電子和氫原子質(zhì)量不同，故電子不能把13