物理選修3-5人教新課標(biāo)18.4玻爾的原子模型同步學(xué)案

1、選修3-5第十八章 原子結(jié)構(gòu)18.4玻爾原子模型【教學(xué)目標(biāo)】1了解玻爾原子模型及能級(jí)的概念。2理解原子發(fā)射和吸收光子頻率與能級(jí)差的關(guān)系。重點(diǎn)： 原子發(fā)射和吸收光子頻率與能級(jí)差的關(guān)系難點(diǎn)：玻爾原子模型及氫原子能級(jí)圖【自主預(yù)習(xí)】1.由玻爾的原子理論可知，電子的軌道是_的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，_電磁輻射。2由玻爾的原子理論可知，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做_。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為_。3基態(tài)和激發(fā)態(tài)：能量_的狀態(tài)叫做基態(tài)，_的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。4按照玻爾的觀點(diǎn)，當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為En，m>

2、n)時(shí)，會(huì)放出能量為_的光子，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的_決定，即h_，這個(gè)式子稱為頻率條件，又稱輻射條件。反之，當(dāng)電子吸收光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，_的光子的能量同樣由頻率條件決定。5當(dāng)原子處于不同的狀態(tài)時(shí)，電子在各處出現(xiàn)的概率是_的。如果用疏密不同的點(diǎn)子表示電子在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來，就像云霧一樣，可以形象地稱做_。 6玻爾原子理論的基本假設(shè)1）軌道量子化與定態(tài)假設(shè)的內(nèi)容(1)軌道量子化：玻爾認(rèn)為在庫侖力的作用下，原子中的電子圍繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，但是電子的軌道半徑不是任意的，只有當(dāng)半徑的大小符合一定條件時(shí)，這樣的軌道才是可能的，即電子的軌道是

3、量子化的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。(2)能量量子化：當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級(jí)。(3)定態(tài)：原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。2）頻率條件(1)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為En)時(shí)，會(huì)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(jí)的能量差決定，即hEmEn(m>n)。這個(gè)式子被稱為頻率條件，又稱輻射條件。(2)當(dāng)電子吸收光子時(shí)會(huì)從較低的

4、能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子的能量同樣由頻率條件決定。 【典型例題】 一、玻爾原子模型【例1】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加速運(yùn)動(dòng)一定向外輻射能量D原子中的電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是連續(xù)的【例2】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(yùn)動(dòng)，庫侖力提供向心力B電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑只能取某些特定的值，而不是任意的C原子的能量包括電子的動(dòng)能和勢能，電子動(dòng)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(shí)，輻射(或吸收)的光子頻率等于電子繞

5、核運(yùn)動(dòng)的頻率二、氫原子的能級(jí)圖【例3】一群處于基態(tài)的氫原子吸收某種光子后，向外輻射了1、2、3三種頻率的光子，且123，則()A被氫原子吸收的光子的能量為h1B被氫原子吸收的光子的能量為h2C123Dh1h2h3三、玻爾模型的局限性【例4】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四、躍遷的規(guī)律及理解【例5】用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調(diào)高電子能量再次進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條。用n表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)

6、n之差，E表示調(diào)高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級(jí)圖(如圖1844所示)可以判斷，n和E的可能值為() An1, 13.22 eV<E<13.32 eVBn2, 13.22 eV<E<13.32 eVCn1, 12.75 eV<E<13.06 eVDn2, 12.75 eV<E<13.06 eV【課后練習(xí)】1玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有()A原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做變速運(yùn)動(dòng)，但不向外輻射能量B原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)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(或吸

7、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2一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷至另一半徑為rb的軌道，已知rarb，則在此過程中()A原子發(fā)出一系列頻率的光子B原子要吸收一系列頻率的光子C原子要吸收某一頻率的光子D原子要輻射某一頻率的光子3氫原子處于量子數(shù)n3的狀態(tài)時(shí)，要使它的核外電子成為自由電子，吸收的光子能量應(yīng)是()A13.6 eVB3.5 eVC1.51 eV D0.54 eV4一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們?cè)谙蜉^低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程中()A可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線B可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形

8、成光譜中的若干條明線C可能吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線D可能發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條明線5用紫外線照射一些物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生熒光效應(yīng)，即物質(zhì)發(fā)出可見光。這些物質(zhì)中的原子先后發(fā)生兩次躍遷，其能量變化分別為E1和E2。下列關(guān)于原子這兩次躍遷的說法中正確的是()A先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且|E1|<|E2|B先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且|E1|>|E2|C兩次均向高能級(jí)躍遷，且|E1|>|E2|D兩次均向低能級(jí)躍遷，且|E1|<|E2|色光紅橙黃綠藍(lán)靛紫光子能量范圍(eV)1.612.002.002.072.072.142.142.532.5

9、32.762.763.1062010年重慶理綜氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖131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(lán)靛 B黃、綠C紅、紫 D藍(lán)靛、紫7.氫原子的能級(jí)如圖132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()A處于n3能級(jí)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(jí)向n3能級(jí)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(jí)的氫原子向低能級(jí)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(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光8用

10、能量為12.30 eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則受到光的照射后下列關(guān)于氫原子躍遷說法正確的是()A電子能躍遷到n2的能級(jí)上去B電子能躍遷到n3的能級(jí)上去C電子能躍遷到n4的能級(jí)上去D電子不能躍遷到其他能級(jí)上去9氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E154.4 eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖133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()A40.8 eV B43.2 eVC51.0 eV D54.4 eV10如圖134所示，畫出了氫原子的4個(gè)能級(jí)，并注明了相應(yīng)的能量E。處在n4的能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠發(fā)出若干種不同

11、頻率的光波。已知金屬鉀的逸出功為2.22 eV。在這些光波中，能夠從金屬鉀的表面打出的光電子總共有()A二種 B三種C四種 D五種11在氫原子光譜中，電子從較高能級(jí)躍遷到n2能級(jí)發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系。若一群氫原于自發(fā)躍遷時(shí)發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)最多可發(fā)出多少條不同頻率的譜線？12如圖所示，氫原子從n2的某一能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，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的能量，才能使它輻射上述能量的光子？請(qǐng)?jiān)趫D135中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖。 例題答案：1. 【答案】B【解析】玻爾依據(jù)經(jīng)典物理在原子結(jié)構(gòu)問題上

12、遇到的困難，引入量子化觀念建立了新的原子模型理論，主要內(nèi)容為：電子軌道是量子化的，原子的能量是量子化的，處在定態(tài)的原子不向外輻射能量，解決了原子遇到的困難，由此可知B正確。2. 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(cuò)誤；電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，不向外輻射能量，原子輻射的能量與電子繞核運(yùn)動(dòng)無關(guān)，D錯(cuò)誤。答案：A、B3. 【答案】A、C、D【解析】氫原子吸收光子能向外輻射出三種頻率的光子，說明氫原子從基態(tài)躍遷到了第三激發(fā)態(tài)(如圖1843所示)，在第三激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，又向低能級(jí)躍進(jìn)，發(fā)出光子，其中從第三能級(jí)躍遷到第一能級(jí)的光子能量最大，為h1，從第二能級(jí)躍

13、遷到第一能級(jí)的光子能量比從第三能級(jí)躍遷到第二能級(jí)的光子能量大，由能量守恒可知，氫原子一定是吸收了能量為h1的光子，且關(guān)系式h1h2h3，123存在。4. 【答案】B、D【解析】玻爾在盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，把量子思想引入原子結(jié)構(gòu)理論，提出了軌道、定態(tài)、躍遷三個(gè)假設(shè)，成功解釋了氫原子光譜，故B、D選項(xiàng)正確。5. 【答案】A、D【解析】由原子在某一能級(jí)躍遷最多發(fā)射譜線數(shù)N 可知：N21，N33，N46，N510，N615由題意可知比原來增加5條光譜線，則調(diào)高電子能量前后，最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)分別可能為2和4,5和6，即n2和n1當(dāng)n2時(shí)，原子吸收了實(shí)物粒子(電子)的能量，則調(diào)高后電子的能量

14、E4E1<E<E5E1所以0.85(13.6) eV<E<0.54(13.6) eV即12.75 eV<E<13.06 eV，故D正確；同理當(dāng)n1時(shí)，使調(diào)高后電子的能量滿足E6E1<E<E7E10.38(13.60) eV<E<0.28(13.60) eV即13.22 eV<E<13.32 eV，故A正確。課后練習(xí)答案：1. 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(jí)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)不同的圓形軌道相對(duì)應(yīng)，是經(jīng)典理論與“量子化”概念的結(jié)

15、合。答案：A、B、C2. 解析：因?yàn)槭菑母吣芗?jí)向低能級(jí)躍遷，所以應(yīng)放出光子，因此可排除B、C?！爸苯印睆囊荒芗?jí)躍遷到另一能級(jí)，只對(duì)應(yīng)某一能級(jí)差，故只能發(fā)出某一頻率的光子。答案：D3. 解析：只要被吸收的光子能量大于n3態(tài)所需的電離能1.51 eV即可，多余能量作為電離后自由電子的動(dòng)能。答案：A、B、C4. 解析：從高能級(jí)態(tài)向低能級(jí)態(tài)躍遷，一定發(fā)射出光子，發(fā)出光子的頻率種類為。答案：B5. 解析：物質(zhì)原子吸收紫外線，由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，處于高能級(jí)的原子再向低能級(jí)躍遷，發(fā)出可見光，因紫外線光子能量大于可見光的光子能量，故|E1|>|E2|，B正確。答案：B6. 解析：原子發(fā)光時(shí)光子的能量等

16、于原子能級(jí)差，先分別計(jì)算各相鄰的能級(jí)差，再由小到大排序。結(jié)合可見光的光子能量表可知，有兩個(gè)能量分別為1.89 eV和2.55 eV的光子屬于可見光，并且屬于紅光和藍(lán)靛的范圍，故答案為A。答案：A7. 解析：紫外線的頻率比可見光的高，因此紫外線光子的能量應(yīng)大于3.11 eV，而處于n3能級(jí)的氫原子其電離能僅為1.51 eV3.11 eV，所以處于n3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離；大量氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光子能量小于1.51 eV1.62 eV，即所發(fā)出的光子為有顯著熱效應(yīng)的紅外光子；大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以輻射出的光子的種類為NC6種，故選

17、項(xiàng)D符合題意，為正確選項(xiàng)。答案：D9. 解析：根據(jù)玻爾理論，原子的能量是不連續(xù)的，即能量是量子化的。因此只有那些能量剛好等于兩能級(jí)間的能量差的光子才能被氫原子所吸收，使氫原子發(fā)生躍遷。當(dāng)氫原子由基態(tài)向n2、3、4軌道躍遷時(shí)吸收的光子能量分別為：E213.4(13.6)eV10.20 eV，E311.51(13.6)eV12.09 eV，E410.85(13.6)eV12.75 eV。而外來光子的能量12.3 eV不等于某兩能級(jí)間的能量差，故不能被氫原子所吸收而產(chǎn)生能級(jí)躍遷。答案：D9.解析：要吸收光子產(chǎn)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兩個(gè)能級(jí)的差值。40.8 eV是第一能級(jí)和第二能級(jí)的差值，51.0 eV是第一能級(jí)和第四能級(jí)的差值，54.4 eV是電子電離需要吸收的能量，均滿足條件，選項(xiàng)A、C、D均可以，而B選項(xiàng)不滿足條件，所以選B。答案：B10. 解析：一群氫原子從n4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠發(fā)出六種不同頻率的光。六種情況發(fā)出光子能量依次為：n4到n3時(shí)：0.85 eV(1.51 eV)0.66 eV2.22 eV，n3到n2時(shí)：1.51 eV(3