第18章-第4節(jié)-玻爾的原子模型-2020-2021人教版高中物理選修3-5課件

第十八章原子結(jié)構(gòu)第四節(jié)玻爾的原子模型【素養(yǎng)目標(biāo)定位】※了解玻爾原子模型及能級(jí)的概念※理解原子發(fā)射和吸收光子的頻率與能級(jí)差的關(guān)系※知道玻爾對(duì)氫光譜的解釋以及玻爾理論的局限性【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】1課前預(yù)習(xí)反饋2課內(nèi)互動(dòng)探究3核心素養(yǎng)提升4課內(nèi)隨堂達(dá)標(biāo)5課時(shí)強(qiáng)化作業(yè)課前預(yù)習(xí)反饋

玻爾原子理論的基本假設(shè)1．軌道假設(shè)軌道量子化：原子中的電子在__________的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，電子運(yùn)動(dòng)軌道的________不是任意的，而是________化的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是________的，不產(chǎn)生________輻射。庫侖力知識(shí)點(diǎn)1半徑量子穩(wěn)定電磁2．定態(tài)假設(shè)(1)定態(tài)：當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的________。原子在不同的________中具有不同的能量，因此，原子的能量是________化的。這些________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________。(2)基態(tài)：能量最______的狀態(tài)叫做基態(tài)。(3)激發(fā)態(tài)：基態(tài)________的能量狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。狀態(tài)狀態(tài)量子量子能級(jí)定態(tài)低之外3．躍遷假設(shè)電子從能量________的定態(tài)軌道躍遷到能量________的定態(tài)軌道時(shí)，會(huì)向外輻射能量，輻射的能量是____________的，光子的能量由兩個(gè)能級(jí)的__________決定。hν＝Em－En這個(gè)式子稱為頻率條件，也叫輻射條件，式中的h為普朗克常量，ν為光子的________。較高較低一份一份能量差頻率

玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋1．氫原子的能級(jí)圖知識(shí)點(diǎn)22．解釋巴耳末公式(1)按照玻爾理論，原子從高能級(jí)(如從E3)躍遷到低能級(jí)(如到E2)時(shí)輻射的光子的能量為hν＝__________。(2)巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級(jí)躍遷之前和之后所處的____________的量子數(shù)n和2。并且理論上的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的______________符合得很好。3．解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光通常情況下，原子處于基態(tài)，基態(tài)是最穩(wěn)定的，原子受到電子的撞擊，有可能向上躍遷到__________，處于激發(fā)態(tài)的原子是__________的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出________，最終回到基態(tài)。E3－E2

定態(tài)軌道里德伯常量激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定光子4．解釋氫原子光譜的不連續(xù)性原子從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量等于前后____________，由于原子的能級(jí)是________的，所以放出的光子的能量也是________的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。5．解釋不同原子具有不同的特征譜線不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，________各不相同，因此輻射(或吸收)的____________也不相同。兩能級(jí)差分立分立能級(jí)光子頻率

玻爾理論的局限性1．玻爾理論的成功之處玻爾理論第一次將____________引入原子領(lǐng)域。提出了________和________的概念，成功解釋了__________光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2．玻爾理論的局限性過多地保留了________理論，即保留____________的觀念，把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的________運(yùn)動(dòng)。量子觀念知識(shí)點(diǎn)3定態(tài)躍遷氫原子經(jīng)典經(jīng)典粒子軌道3．電子云原子中的電子________確定的坐標(biāo)值，我們只能描述電子在某個(gè)位置出現(xiàn)________的多少，把電子這種________分布用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí)，這種圖像就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。沒有概率概率『判一判』(1)玻爾認(rèn)為電子運(yùn)動(dòng)軌道半徑是任意的，就像人造地球衛(wèi)星，能量大一些，軌道半徑就會(huì)大點(diǎn)。 (

)(2)玻爾認(rèn)為原子的能量是量子化的，不能連續(xù)取值。 (

)(3)處于基態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向其他能級(jí)躍遷，放出光子。 (

)(4)不同的原子具有相同的能級(jí)，原子躍遷時(shí)輻射的光子頻率是相同的。 (

)(5)玻爾的原子理論模型可以很好地解釋氦原子的光譜現(xiàn)象。 (

)(6)電子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)并不是具有確定坐標(biāo)的質(zhì)點(diǎn)的軌道運(yùn)動(dòng)。 (

)思考辨析×

√

×

×

×

√

『選一選』(2020·遼寧省沈陽市郊聯(lián)體高二下學(xué)期期末)如圖所示是氫原子從n＝3、4、5、6能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)輻射的四條光譜線，其中頻率最大的是 (

)A．Hα

B．HβC．Hγ

D．Hδ解析：四種躍遷中，由n＝6到n＝2兩能級(jí)間能級(jí)差最大，輻射的光子能量最大，輻射光子頻率最大。所以其中頻率最大的是Hδ，故D正確，ABC錯(cuò)誤。D

『想一想』電子在核外的運(yùn)動(dòng)真的有固定軌道嗎？玻爾理論中的軌道量子化又如何解釋？答案：在原子內(nèi)部，電子繞核運(yùn)動(dòng)并沒有固定的軌道，只不過當(dāng)原子處于不同的定態(tài)時(shí)，電子出現(xiàn)在rn＝n2r1處的幾率大。課內(nèi)互動(dòng)探究對(duì)玻爾理論的理解右圖為分立軌道示意圖。(1)電子的軌道有什么特點(diǎn)？(2)氫原子只有一個(gè)電子，電子在這些軌道間躍遷時(shí)伴隨什么現(xiàn)象發(fā)生？提示：(1)電子的軌道是不連續(xù)的，是量子化的。(2)電子在軌道間躍遷時(shí)會(huì)吸收光子或放出光子。探究一

思考討論1歸納總結(jié)

(多選)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ABC

典例1典例剖析解題指導(dǎo)：應(yīng)注意電子繞核做圓周運(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)。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)不同的圓軌道相對(duì)應(yīng)，是經(jīng)典理論與量子化概念的結(jié)合。電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率與能級(jí)差有關(guān)，與電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率無關(guān)，故D錯(cuò)誤，A、B、C正確。1．(多選)由玻爾理論可知，下列說法中正確的是 (

)A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B．處于定態(tài)的原子，其電子做變速運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C．原子內(nèi)電子的可能軌道是連續(xù)的D．原子的軌道半徑越大，原子的能量越大解析：按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，一定會(huì)向外輻射電磁波，很短時(shí)間內(nèi)電子的能量就會(huì)消失，與客觀事實(shí)相矛盾，由玻爾假設(shè)可知選項(xiàng)A、C錯(cuò)，B正確；原子軌道半徑越大，原子能量越大，選項(xiàng)D正確。BD

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練氫原子躍遷的規(guī)律根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He＋)的能級(jí)圖如圖所示。電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離近還是遠(yuǎn)？當(dāng)大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于躍遷所發(fā)射的譜線共有幾條？提示：近6探究二

思考討論21．能級(jí)圖的理解(1)能級(jí)圖中n稱為量子數(shù)，E1代表氫原子的基態(tài)能量，即量子數(shù)n＝1時(shí)對(duì)應(yīng)的能量，其值為－13.6eV。En代表電子在第n個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。(2)作能級(jí)圖時(shí)，能級(jí)橫線間的距離和相應(yīng)的能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，能級(jí)差越大，間隔越寬，所以量子數(shù)越大，能級(jí)越密，豎直線的箭頭表示原子躍遷方向，長度表示輻射光子能量的大小，n＝1是原子的基態(tài)，n→∞是原子電離時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。歸納總結(jié)(3)氫原子從高能級(jí)向n＝1,2,3的能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光譜線分別屬于賴曼系，巴耳末系和帕邢系(如圖)4．使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子(1)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷：吸收一定能量的光子，當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足hν＝E末－E初時(shí)，才能被某一個(gè)原子吸收，使原子從低能級(jí)E初向高能級(jí)E末躍遷，而當(dāng)光子能量hν大于或小于E末－E初時(shí)都不能被原子吸收。(2)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)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(jí)的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。(3)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)氫原子吸收的光子能量大于13.6eV時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能。

用能量為12.75eV的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子，已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量E1＝－13.6eV，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，求：(1)這群氫原子的光譜共有幾條譜線？(2)這群氫原子發(fā)出的光子的最大頻率是多少？(3)這群氫原子發(fā)出的光子的最長波長是多少？典例2典例剖析答案：(1)6條(2)3.1×1015Hz

(3)1.884×10－6m2．(多選)(2020·福建省“永安一中、德化一中、漳平一中”三校協(xié)作高二下學(xué)期聯(lián)考)已知金屬鈣的逸出功為2.7eV，氫原子的能級(jí)圖如圖所示。一群氫原子處于量子數(shù)n＝4能級(jí)狀態(tài)，則 (

)A．氫原子可能輻射6種頻率的光子B．氫原子可能輻射5種頻率的光子C．有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)D．有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)AC

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練解析：根據(jù)C＝6知，氫原子可能輻射6種頻率的光子，故A正確，B錯(cuò)誤；金屬鈣的逸出功為2.7eV，只有n＝4躍遷到n＝1，n＝3躍遷到n＝1，n＝2躍遷到n＝1所輻射的光子能量大于逸出功，才能發(fā)生光電效應(yīng)。故C正確，D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)提升1．注意一群原子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，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(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了。2．注意間接躍遷與直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(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷．兩種情況下輻射(或吸收)光子的頻率可能不同。原子躍遷時(shí)需注意的幾個(gè)問題3．注意躍遷與電離hν＝Em－En只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。對(duì)于光子和原子作用使原子電離的情況，則不受此條件的限制，這是因?yàn)樵右坏╇婋x，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。至于實(shí)物粒子和原子碰撞的情況，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，就可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷。

(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)或電離，下列措施可行的是 (

)A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射 D．用11eV的電子碰撞案例ACD

解析：由玻爾理論可知，氫原子在各能級(jí)間躍遷時(shí)，只吸收能量值剛好等于某兩個(gè)能級(jí)之差的光子。由氫原子能級(jí)圖知道10.2eV剛好等于n＝2和n＝1兩能級(jí)之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一定態(tài)能量之差，故處于基態(tài)的氫原子只吸收前者，而不吸收后者。對(duì)于14eV的光子其能量大于氫原子的電離能(即13.6eV)。足以使處于基態(tài)的氫原子電離，使電子成為自由電子，因而不受玻爾躍遷條件的束縛。用電子去碰撞氫原子時(shí)，入射電子的動(dòng)能可全部或部分地被氫原子吸收，所以如果入射電子的動(dòng)能大于基態(tài)和某個(gè)激發(fā)態(tài)的能量之差，也可使氫原子激發(fā)。故正確答案為A、C、D。課內(nèi)隨堂達(dá)標(biāo)課時(shí)強(qiáng)化作業(yè)6、勤奮的態(tài)度和主動(dòng)積極的精神，再加上有眼力，應(yīng)該成為一種良好生活的習(xí)慣，這種良好的生活習(xí)慣可以使我們?yōu)樽约簞?chuàng)造出更多成功的機(jī)會(huì)。15、我們的夢(mèng)想就在高高的山巔上，如果每天攀登一階，矢志不渝，夢(mèng)想終會(huì)實(shí)現(xiàn)。2、人生的路，說長也很長，說短也很短。偶遇不幸或挫敗只能證明某一時(shí)候某一方面的不足或做得不夠。20、成大事不在于力量多少，而在能堅(jiān)持多久。10、遇到困難時(shí)不要抱怨，既然改變不了過去，那么就努力改變未來。14.我自信，我拼搏，我出色，我成功。4.成功的信念在人腦中的作用就如鬧鐘，會(huì)在你需要時(shí)將你喚醒1、當(dāng)一個(gè)人專為自己打算的時(shí)候，他追求幸福的欲望只有在非常罕見的情況下才能得到滿足，而且決不是對(duì)己對(duì)人都有