【创新设计】2014-2015学年高二物理鲁科版选修3-5课件：2.3 玻尔的原子模型 (26张)

高中物理·选修3-5·鲁科版第2章原子结构第3节玻尔的原子模型[目标定位]1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子发光问题．一、玻尔的原子模型1．定态假设：原子只能处于一系列的能量状态中，在这些状态中原子是的．电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫．2．跃迁假设：原子从一种定态(能量为E2)到另一定态(能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝.预习导学不连续稳定定态跃迁E2－E1预习导学3．轨道假设：原子的不同能量状态对应于电子不同的运行轨道，原子的定态是的，因而电子的可能轨道也是的．轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足下式的这些轨道才是可能的mevr＝nh2π(n＝1,2,3，…)式中n是正整数，称为．不连续不连续量子数想一想氢原子从高能级向低能级跃迁时，是不是氢原子所处的能级越高，释放的光子能量越大？答案不一定．氢原子从高能级向低能级跃迁时，所释放的光子的能量一定等于能级差，氢原子所处的能级越高，跃迁时能级差不一定越大，释放的光子能量不一定越大．预习导学预习导学二、氢原子的能级结构1．氢原子的能级公式和轨道半径公式En＝E1n2(n＝1,2,3，…)rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)式中E1＝－13.6eV，r1＝0.53×10－10m.2．氢原子能级图如图2－3－1所示预习导学图2－3－13．解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后，由于原子的能级是的，所以放出的光子的能量也是的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.预习导学两能级差分立分立一、对玻尔理论的理解1．轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053nm＝0.53×10－10m，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数．课堂讲义课堂讲义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，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6eV.课堂讲义(3)激发态：较高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＝1n2E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3，…)课堂讲义3．跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级Em发射光子hν＝Em－En吸收光子hν＝Em－En低能级En课堂讲义【例1】(2014·广州高二检测)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是()A．核外电子运动轨道半径可取任意值B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝|Em－En|D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量答案BC课堂讲义解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误．课堂讲义【例2】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中()A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大答案D课堂讲义解析根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：ke2r2＝mv2r，又Ek＝12mv2，所以Ek＝ke22r.由此式可知：电子离核越远，即r越大时，电子的动能越小，故A、C错；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D正确．课堂讲义借题发挥当氢原子从低能量态En向高能量态Em(n＜m)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hν＝Em－En.课堂讲义二、原子能级和能级跃迁的理解1．氢原子能级图如图2－3－2所示图2－3－2课堂讲义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N＝C2n＝nn－12计算．课堂讲义3．原子从低能级向高能级跃迁：只能吸收一定能量的光子，即当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才可能被某一个原子吸收，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收；原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．课堂讲义【例3】如图2－3－3所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子，问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．图2－3－3课堂讲义答案12.75eV跃迁图见解析图解析氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，满足：hν＝En－E2＝2.55eVEn＝hν＋E2＝－0.85eV所以n＝4基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供ΔE＝E4－E1＝12.75eV.课堂讲义跃迁图如图所示：课堂讲义借题发挥(1)如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光的种类数为(n－1)种．(2)如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道．每一个跃迁时只能发出一种光，多种轨道同时存在，发光的种类数N＝nn－12.(3)若知道每条发光的能量或频率，可根据已知情况判定光线所在区域．课堂讲义针对训练如图2－3－4所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4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，在这些光中，波长最长的是()A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B．n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子C．n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子D．n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子答案B图2－3－4课堂讲义解析根据玻尔理论：Em－En＝hν＝hcλ，能级差越小，发射光子的ν越小，λ越长，故B对．再见