高二 粵教版 物理選擇性必修第三冊(cè) 第五章《第一節(jié) 原子的結(jié)構(gòu)（第2課時(shí)）》課件

第一節(jié)

原子的結(jié)構(gòu)（第2課時(shí)）高二—粵教版—物理選擇性必修第三冊(cè)—第五章學(xué)習(xí)目標(biāo)知道玻爾原子理論的基本假設(shè)和主要內(nèi)容了解能級(jí)、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念能用玻爾原子理論簡(jiǎn)單解釋氫原子模型了解玻爾模型的不足之處及其原因一、回顧科學(xué)家對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)原子不可割湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的棗糕模型盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)核式結(jié)構(gòu)模型否定建立否定建立完美？但是與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾軌道上運(yùn)動(dòng)的電子帶有電荷運(yùn)動(dòng)中要輻射電磁波，損失能量軌道半徑不斷縮小最終落在原子核上事實(shí)上，原子是穩(wěn)定的經(jīng)典物理學(xué)觀點(diǎn)下，原子將發(fā)生“塌陷”盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋?duì)亮Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)的現(xiàn)象另一方面電子軌道連續(xù)變化輻射電磁波的頻率也會(huì)連續(xù)變化事實(shí)上，輻射電磁波的頻率只是某些不連續(xù)的特定值。連續(xù)光譜和原子的特征譜線二、觀察氫原子光譜分光鏡氣體放電管金屬導(dǎo)桿感應(yīng)圈電源

玻璃管中稀薄氣體的分子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下會(huì)電離，成為自由移動(dòng)的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時(shí)會(huì)發(fā)光。實(shí)驗(yàn)裝置分光鏡里面觀測(cè)到的氫原子的發(fā)光光譜

玻爾了解到盧瑟福的原子模型所遇到的困難，他認(rèn)為產(chǎn)生困難的原因不在于模型本身，而在于經(jīng)典理論。

在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛因斯坦光子說的啟發(fā)下，玻爾大膽提出自己的原子結(jié)構(gòu)假說。玻爾三、玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說玻爾原子理論的基本假設(shè)軌道量子化能量量子化躍遷假說玻爾（一）軌道量子化(定軌)(1)圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，即電子的軌道是量子化的。

(2)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。

分立軌道（二）能量量子化（定態(tài)）（1）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)，具有不同的能量。（2）原子中這些具有特定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。（3）玻爾指出，原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)之中，這些狀態(tài)中能量是穩(wěn)定的。所以原子的能量也是量子化的。定態(tài)軌道最穩(wěn)定基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(離核最近)激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)（二）能量量子化（定態(tài)）電離：原子吸收能量使電子脫離原子束縛的現(xiàn)象量子數(shù)：按能級(jí)由低到高為1、2、3…n(n為整數(shù))

氫原子各能級(jí)可表示為:E1、E2、E3...En。能級(jí)圖（二）能量量子化（定態(tài)）1.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，電子的軌道半徑減小，電子所受庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小，原子的能量減少，要輻射出能量，這一能量以光子的形式放出。

（三）躍遷假說（頻率條件)躍遷：原子由一個(gè)能量狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量狀態(tài)的過程稱為躍遷。躍遷模擬畫面（三）躍遷假說（頻率條件)2.從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷原子也可以從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，此時(shí)電子從低軌道向高軌道躍遷，克服庫(kù)侖引力做功，電勢(shì)能增大，原子的能量增加，要吸收能量。躍遷模擬畫面+mn-頻率條件:低能級(jí)（En）電子吸收特定頻率的光子，或者受到其它粒子的轟擊。高能級(jí)（Em）原子輻射光子躍遷（三）躍遷假說（頻率條件)

例1.（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。

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)躍遷假說的提出，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。ABC

例2.一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多能向外輻射多少種頻率的光子？12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV答案：6種

總結(jié)：氫原子核外電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能直接躍遷到基態(tài)，也可能先躍遷到其他低能級(jí)的激發(fā)態(tài)，然后再到基態(tài)。處于n能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)就有很多可能性，其可能有cn2種情況。四、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋1.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兩能級(jí)差，由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。2.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)，能級(jí)各不相同，因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。五、玻爾理論的成就和局限性1.玻爾理論的成就（1）玻爾理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域。（2）提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.玻爾理論的局限性過多地保留了經(jīng)典理論，即保留經(jīng)典粒子的觀念，把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。除了氫原子光譜外，在解釋其他原子發(fā)光的問題上遇到了很大的困難。怎樣修改玻爾模型？思想：必須徹底放棄經(jīng)典概念關(guān)鍵：用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念

原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值，我們只能描述電子在某個(gè)位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí)，這種圖象就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。

例3.根據(jù)氫原子的能級(jí)示意圖，一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)。

(1)在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外發(fā)出的光子有幾種?能量多大?(2)哪些能使逸出功為2.29eV的金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)?逸出的光電子最大初動(dòng)能為多大?12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

分析:大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，回到基態(tài)有不同途徑，可直接由n=3躍遷到n=1。也可逐級(jí)躍遷，躍遷釋放的能量由兩能級(jí)差決定。12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

例題4.2022年1月，西安衛(wèi)星測(cè)控中心圓滿完成52顆在軌運(yùn)行的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星健康狀態(tài)評(píng)估工作?！绑w檢”結(jié)果顯示，所有北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均滿足正常提供各類服務(wù)的要求。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星中的“北斗三號(hào)"采用星載氫原子鐘，通過氫原子能級(jí)躍遷產(chǎn)生電磁波校準(zhǔn)時(shí)鐘。氫原子的部分能級(jí)結(jié)構(gòu)如圖，則（）A.氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，原子的電勢(shì)能減少B.用11eV的光子照射，能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C.一群處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可