滬科版選修35 量子論視野下的原子模型 課件 （共40張）.pptxVIP

第3章 3 3量子論視野下的原子模型 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 知道玻爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容 2 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 會(huì)計(jì)算原子躍遷時(shí)吸收或輻射光子的能量 3 能用玻爾原子理論簡(jiǎn)單解釋氫原子光譜 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 題型探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 一 玻爾原子理論的基本假設(shè) 1 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?原子核模型呢 答案 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數(shù)值 而衛(wèi)星的軌道半徑理論上可按需要任意取值 2 氫原子吸收或輻射光子的頻率條件是什么 它和氫原子核外的電子的躍遷有什么關(guān)系 答案 答案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 其能量記為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h em en m n 當(dāng)電子從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài) 吸收的光子的能量同樣由上式?jīng)Q定 1 軌道量子化 1 軌道半徑只能夠是某些 的數(shù)值 2 氫原子的電子最小軌道半徑r1 0 053nm 軌道半徑滿足rn n為量子數(shù) n 2 能級(jí) 1 能級(jí) 在玻爾模型中 原子的能量狀態(tài)是 因而各定態(tài)的能量只能取一些分立值 我們把原子在 的能量值叫做原子的能級(jí) 分立 n2r1 1 2 3 不連續(xù)的 各定態(tài) 2 基態(tài)和激發(fā)態(tài) 基態(tài) 在正常狀態(tài)下 原子處于能量 的狀態(tài) 這時(shí)電子在離核最 的軌道上運(yùn)動(dòng) 這一定態(tài)叫做 激發(fā)態(tài) 電子在其他軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的定態(tài)叫做 3 能量量子化不同軌道對(duì)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 原子各能級(jí) en e1 e1 13 6ev n 1 2 3 最低 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 近 3 光子的發(fā)射和吸收 1 光子的發(fā)射 原子從高能級(jí) em 向低能級(jí) en 躍遷時(shí)會(huì) 光子 放出光子的能量h 與始末兩能級(jí)em en之間的關(guān)系為 h 2 光子的吸收 原子吸收光子后可以從 躍遷到 高能級(jí)em低能級(jí)en 發(fā)射 em en 低能級(jí) 高能級(jí) 判斷下列說法的正誤 1 玻爾認(rèn)為電子運(yùn)行軌道半徑是任意的 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 當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時(shí) 會(huì)放出任意能量的光子 4 處于能級(jí)越高的氫原子 向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子能量越大 二 原子的能級(jí)躍遷問題 根據(jù)氫原子的能級(jí)圖 說明 1 氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí) 發(fā)出的光子的頻率如何計(jì)算 答案 答案氫原子輻射光子的能量決定于兩個(gè)能級(jí)差h em en n m 2 如圖1所示是氫原子的能級(jí)圖 一群處于n 4的激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多能輻射出多少種頻率不同的光子 答案 圖1 答案氫原子能級(jí)躍遷圖如圖所示 從圖中可以看出最多能輻射出6種頻率不同的光子 它們分別是n 4 n 3 n 4 n 2 n 4 n 1 n 3 n 2 n 3 n 1 n 2 n 1 3 由于原子的能級(jí)是不連續(xù)的 所以輻射的光子的能量也是 從光譜上看 原子輻射光波的頻率只有若干分立的值 1 氫原子能級(jí)圖 如圖2所示 2 各種物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)不同 也就各不相同 它們可以發(fā)射的 也不相同 每種元素的原子發(fā)出的光都有自己的特征 因而有自己的 能級(jí)分布 光的頻率 原子光譜 不連續(xù)的 圖2 判斷下列說法的正誤 1 玻爾理論能很好地解釋氫原子的光譜 2 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 3 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 答案 答案 1 玻爾理論成功之處在于第一次將量子化的思想引入原子領(lǐng)域 提出了定態(tài)和躍遷的概念 成功解釋了氫原子光譜 2 它的局限性在于過多的保留了經(jīng)典粒子的觀念 三 玻爾理論的局限性 玻爾理論的成功之處在哪兒 為什么說它又有局限性 1 玻爾理論的成就玻爾理論第一次將 引入原子領(lǐng)域 提出了能級(jí)和躍遷的概念 成功解釋了 光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 2 玻爾理論的局限性沒有徹底擺脫 的束縛 對(duì)比較復(fù)雜的原子光譜無法解釋 3 電子云原子中電子的運(yùn)動(dòng)并沒有確定的 而是可以出現(xiàn)在原子內(nèi)的整個(gè)核外空間 只是在不同的地方出現(xiàn)的 不同 如果用疏密不同的點(diǎn)表示電子在各處出現(xiàn)的 畫出圖來 就像 一樣 人們把它叫做 量子觀念 經(jīng)典物理學(xué) 氫原子 軌道 概率 概率 云霧 電子云 判斷下列說法的正誤 1 玻爾第一次提出了量子化的觀念 2 玻爾的原子理論模型很好地解釋了氦原子的光譜現(xiàn)象 3 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) 題型探究 例1 多選 玻爾在他提出的原子模型中所作的假設(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 答案 一 對(duì)玻爾原子模型的理解 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 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) 例2氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中a 原子要吸收光子 電子的動(dòng)能增大 原子的電勢(shì)能增大b 原子要放出光子 電子的動(dòng)能減小 原子的電勢(shì)能減小c 原子要吸收光子 電子的動(dòng)能增大 原子的電勢(shì)能減小d 原子要吸收光子 電子的動(dòng)能減小 原子的電勢(shì)能增大 解析 答案 針對(duì)訓(xùn)練1 多選 按照玻爾原子理論 下列表述正確的是a 核外電子運(yùn)動(dòng)軌道半徑可取任意值b 氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn) 氫原子的能量越大c 電子躍遷時(shí) 輻射或吸收光子的能量由能級(jí)的能量差決定 即h em en m n d 氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程 可能輻射能量 也可能吸收能量 解析 答案 解析根據(jù)玻爾理論 核外電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是一些確定的值 而不是任意值 a錯(cuò)誤 氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn) 能級(jí)越高 能量越大 b正確 由躍遷規(guī)律可知c正確 氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程中 應(yīng)輻射能量 d錯(cuò)誤 原子的能量及變化規(guī)律 1 原子的能量 en ekn epn 3 當(dāng)電子的軌道半徑增大時(shí) 庫侖引力做負(fù)功 原子的電勢(shì)能增大 反之 電勢(shì)能減小 4 電子的軌道半徑增大時(shí) 說明原子吸收了光子 從能量較低的軌道躍遷到了能量較高的軌道上 即電子軌道半徑越大 原子的能量越大 1 對(duì)能級(jí)圖的理解由en 知 量子數(shù)越大 能級(jí)差越小 能級(jí)橫線間的距離越小 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) 2 躍遷過程中吸收或輻射光子的頻率和波長(zhǎng)滿足h em en h em en 3 大量處于n激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí) 最多可輻射種不同頻率的光 一個(gè)處于n激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí) 最多可輻射 n 1 種頻率的光子 二 氫原子的躍遷規(guī)律分析 c 一群處于n 3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線d 用波長(zhǎng)為633nm的光照射 不能使氫原子從n 2躍遷到n 3的能級(jí) 例3 多選 氫原子能級(jí)圖如圖3所示 當(dāng)氫原子從n 3躍遷到n 2的能級(jí)時(shí) 輻射光的波長(zhǎng)為656nm 以下判斷正確的是a 氫原子從n 2躍遷到n 1的能級(jí)時(shí) 輻射光的波長(zhǎng)大于656nmb 用波長(zhǎng)為325nm的光照射 可使氫原子從n 1躍遷到n 2的能級(jí) 圖3 解析 答案 解析能級(jí)間躍遷輻射 吸收 的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差 能級(jí)差越大 輻射 吸收 的光子頻率越大 波長(zhǎng)越小 a錯(cuò)誤 由em en h 可知 b錯(cuò)誤 d正確 根據(jù) 3可知 c正確 針對(duì)訓(xùn)練2如圖4所示為氫原子的能級(jí)圖 用光子能量為13 06ev的光照射一群處于基態(tài)的氫原子 則可能觀測(cè)到氫原子發(fā)射的不同波長(zhǎng)的光有a 15種b 10種c 4種d 1種 圖4 解析 答案 解析基態(tài)的氫原子的能級(jí)值為 13 6ev 吸收13 06ev的能量后變成 0 54ev 原子躍遷到n 5能級(jí) 由于氫原子是大量的 故輻射的光子種類是種 10種 原子躍遷時(shí)需要注意的兩個(gè)問題 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 在某段時(shí)間內(nèi) 由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí) 只能出現(xiàn)所有可能情況中的一種 但是如果有大量的氫原子 這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn) 2 注意躍遷與電離 h 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 如基態(tài)氫原子的電離能為13 6ev 只要大于或等于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 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 根據(jù)玻爾理論 關(guān)于氫原子的能量 下列說法中正確的是a 是一系列不連續(xù)的任意值b 是一系列不連續(xù)的特定值c 可以取任意值d 可以在某一范圍內(nèi)取任意值 1 2 3 答案 4 2 氫原子輻射出一個(gè)光子后 根據(jù)玻爾理論 下列判斷正確的是a 電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道半徑增大b 電子的動(dòng)能減少c 氫原子的電勢(shì)能增大d 氫原子的能級(jí)減小 解析氫原子輻射出光子后 由高能級(jí)躍遷到低能級(jí) 軌道半徑減小 電子動(dòng)能增大 此過程中庫侖力做正功 電勢(shì)能減小 解析 答案 1 2 3 4 3 多選 如圖5所示為氫原子的能級(jí)圖 a b c分別表示電子在三種不同能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子 則下列判斷中正確的是a 能量和頻率最大 波長(zhǎng)最短的是b光子b 能量和頻率最小 波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是c光子c 頻率關(guān)系為 b a cd 波長(zhǎng)關(guān)系為 b a c 解析 答案 圖5 1 2 3 4 解析從圖中可以看出電子在三種不同能級(jí)之間躍遷時(shí) 能級(jí)差由大到小依次是b a c 所以b光子的能量和頻率最大 波長(zhǎng)最短 能量和頻率最小 波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是c光子 所以頻率關(guān)系是 b a c 波長(zhǎng)關(guān)系是 b a c 故選項(xiàng)a b c正確 d錯(cuò)誤 1 2 3 4 4 氫原子處于基態(tài)時(shí) 原子能量e1 13 6ev 普朗克常量取h 6 6 10 34j s 1 處于n 2激發(fā)態(tài)的氫原子 至少要吸收多大能量的光子才能電離 答案3 4ev 解析e2 3