江苏省宝应县画川高级中学高中物理 2.4玻尔的原子模型能级课件1 教科版选修3-5

1、,第二章 原子结构,2.4 玻尔的原子模型 能级,1.了解玻尔的原子结构理论和能级的概念. 2.知道玻尔的原子结构理论能够对氢光谱作出较好的解释. 3.掌握氢原子的能级图. 4.了解玻尔理论的重要意义和局限性.,学习目标定位,学习探究区,一、对玻尔的原子结构理论的理解,二、原子的能级跃迁问题,一、对玻尔的原子结构理论的理解,问题设计,按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动.我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星地球模型缩小是否变为电子原子核模型呢？,答案 不是.在玻尔的原子结构理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值.,要点提炼,对玻尔的原子结构理论的三点理解 1.轨道量子化 (1)轨道半径只能够是某些 的数值； (2)氢原子的电子最小轨道半径r10.053 nm，其余轨道半径满足rn ，n为量子数，n .,分立,n2r1,1,2,3，,2.能量量子化 (1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在

2、不同的状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的. (2)基态 原子 的能量状态称为基态，对应的电子在离核最 的轨道上运动，氢原子基态能量E1 .,最低,近,13.6 eV,(3)激发态 的能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动. 氢原子各能级的关系为：En (E113.6 eV，n1,2,3，).,较高,3.能级跃迁与光子的发射和吸收： (1)光子的发射 原子从高能级(En)向低能级(Em)跃迁时会 光子，放出光子的能量h与始末两能级En、Em之间的关系为：h ，其中h叫普朗克常量，h6.631034 Js. (2)光子的吸收 原子吸收光子后可以从 跃迁到 .,发射,EnEm,低能级,高能级,延伸思考,为什么氢原子的定态能量为负值？氢原子由低能级跃迁到高能级的过程中动能如何变化？电势能Ep及轨道能量如何变化？,答案 氢原子的定态能量包括两种能量：电子绕核运动的动能及电子氢原子核系统的电势能.在研究电势能时我们通常取无穷远处作零势能面，设电子距核的半径为,r，电子质量为m，由k m 可知电子的动能Ek k ，而电势能的表达式为Epk ，两者之和即为轨道能量EEkEp k

3、 ，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r10.053 nm，E113.6 eV是其定态能量的最低值.,从氢原子核外电子的动能Ek、电势能Ep及轨道能量E的表达式可以看出当氢原子从低能量态Em向高能量态En(nm)跃迁时，r增大，Ek减小，Ep增大，(或r增大时，库仑力做负功，电势能Ep增大)，E增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hEnEm.,例1 玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( ) A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运 动，但不向外辐射能量 B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动 相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收) 一定频率的光子 D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运 动的频率,解析 A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念.原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合.原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关. 答案 ABC,例2 氢原子的核外电子从距核较

4、近的轨道上跃迁到距核较远的轨道过程中( ) A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增 大，原子的能量增大 B.原子要放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减 少，原子的能量也减少 C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减 少，原子的能量增大 D.原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增 大，原子的能量增加,解析 由库仑力提供向心力，即 ，Ek mv2 ，由此可知电子离核越远r越大，则电子的动能越小，故A、C错误； 因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增加，B错； 再结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确. 答案 D,返回,问题设计,二、原子的能级跃迁问题,根据氢原子的能级图，说明： (1)氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？,答案 氢原子吸收(或辐射)光子的能量决定于两个能级差hEnEm(nm).,(2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群 处于n4的激发态的氢原子向低能级跃迁时 能辐射出多少种频率不同的光子？,图1,答案 氢原子能级跃迁图如图所示.从图中 可以看出能辐射出6种频率不同的光子，它 们分别是n4n3，n4n2，n4 n1，

5、n3n2，n3n1，n2n1.,要点提炼,1.电子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收(或放出)能量为h的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的 决定，即h (mn).若nm，则 光子，若mn，则 光子.,能量差,EnEm,辐射,吸收,2.根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n的氢原子最后跃迁到基态时，可能发出的不同频率的光子 数可用NC 计算.,延伸思考,我们知道，高速运动的电子与原子撞击，也可能使原子跃迁，氢原子吸收光子能量而跃迁与吸收电子能量而跃迁有何不同？,答案 如用电子与氢原子相碰撞，有可能将电子的一部分动能传递给氢原子而使其发生跃迁，此时氢原子会吸收电子的部分能量(所吸收能量由hEn,Em决定)而跃迁，电子还会有剩余的能量；但氢原子吸收光子能量时通常是将其全部吸收(或根本不吸收).如：基态氢原子可吸收10.2 eV的光子而跃迁到第一激发态，而能量为11 eV的光子则不能被其吸收，但如果是动能为11 eV的电子与氢原子碰撞，氢原子可以吸收其中10.2 eV的能量而跃迁，电子剩下的动能为0.8 eV.,例3 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( )

6、 A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用11 eV的电子碰撞,解析 由“玻尔原子结构理论”的跃迁假设可知，氢原子在各能级间，只能吸收能量值刚好等于两能级之差的光子. 由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV刚好为氢原子n1和n2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者.对14 eV的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使“氢原子”电离，而不受氢原子能级间跃,迁条件的限制，由能量守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子，电离后产生的自由电子仍具有0.4 eV的动能. 用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地为氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，故正确选项为A、C、D. 答案 ACD,返回,课堂要点小结,玻尔的原子模型 能级,玻尔原子 理论的基 本假设,定态假设 轨道量子化假设 跃迁假设：hEnEm(mn),玻尔理论对氢 光谱的解释,氢原子能级公式En (n1，2，3) 氢原子能级图,玻尔理论的成功与局

7、限性及发展,返回,自我检测区,1,2,3,4,1,2,3,4,1.光子的发射和吸收过程是( ) A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能 量等于原子在始、末两个能级的能量差 B.原子不能从低能级向高能级跃迁 C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后 从较高能级跃迁到较低能级 D.原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放 出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差值,CD,1,2,3,4,2.如图2所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级.处在n4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光子中，波长最长的是( ) A.n4跃迁到n1时辐射的光子 B.n4跃迁到n3时辐射的光子 C.n2跃迁到n1时辐射的光子 D.n3跃迁到n2时辐射的光子,图2,B,1,2,3,4,3.用能量为12.6 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于这群氢原子的跃迁的说法正确的是( ) A.原子能跃迁到n2的激发态上 B.原子能跃迁到n3的激发态上 C.原子能跃迁到n4的激发态上 D.原子不能跃迁,D,1,2,3,4,4.欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( ) A.用11.5 eV的光子照射 B.用11.5 eV的电子碰撞 C.用15 eV的光子照射 D.用15 eV的电子碰撞,解析 氢原子只能吸收等于两能级之差的光子，A项错； 对于15 eV的光子其能量大于基态氢原子的电离能，可被基态氢原子吸收而电离，C项正确； 对于电子碰撞，只要入射电子的动能大于或等于两个能级差或电离能，都可使氢原子激发，B、D正确.,BCD,

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