2019-2020学年高中物理 第2章 4 玻尔的原子模型 能级课件 教科版选修3-5

合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业第二章原子结构4.玻尔的原子模型能级合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[学习目标]1.知道玻尔原子结构理论的主要内容．(重点)2.了解能级、跃迁、能量量子化及基态、激发态等概念．(重点)3．会用玻尔的原子结构理论解释氢光谱．(重点、难点)4.了解玻尔原子结构理论的意义．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业自主探新知预习合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业一、玻尔的原子结构理论1．玻尔原子结构理论的主要内容(1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列____的、____的轨道．当电子在这些轨道上运动时，原子是____的，不向外________，也不吸收能量，这些状态称为定态．分立特定稳定辐射能量合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(2)原子处在定态的能量用En表示，此时电子以rn的轨道半径绕核运动，n称为量子数．当原子中的电子从一定态____到另一定态时，发射或吸收一个光子，光子的能量hν＝__________.上式被称为玻尔____条件，式中En和Em分别是原子的高能级和低能级．这里的“跃迁”可以理解为电子从一种能量状态到另一个能量状态的瞬时过渡．跃迁En－Em频率合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．轨道量子化和能级(1)轨道量子化在玻尔原子结构模型中，围绕原子核运动的电子轨道只能是某些______，所以电子绕核运动的轨道是______的．(2)能级不同状态的原子有不同的能量，因此原子的能量是______的，这些不同的能量值称为能级．分立值量子化不连续合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱玻尔原子结构理论的意义1．氢原子的能级结构(1)氢原子在不同能级上的能量和相应的电子轨道半径为En＝__(n＝1,2,3，…)；rn＝________(n＝1,2,3，…)，式中E1≈－13.6eV，r1＝0.53×10－10m.(2)能量最低的状态叫作____，其他状态叫作______．E1n2n2r1基态激发态合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(3)氢原子的能级结构图(如图所示)合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．玻尔理论对氢光谱的解释(1)解释巴尔末公式①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的波长计算公式为：1λ＝_______________，②用实际数据代入计算，－E1hc与巴尔末公式中的__________符合得很好．－E1hc1m2－1n2里德伯常量合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(2)解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向较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．两个能级差分立分立合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)玻尔的原子结构理论认为电子的轨道是量子化的．()(2)电子吸收某种频率的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．()√√合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．()(4)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因．()(5)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线．()(6)巴尔末公式是玻尔理论的一种特殊情况．()×√√√合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．(多选)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有()A．它彻底否定了经典的电磁理论B．它发展了卢瑟福的核式结构学说C．它完全抛弃了经典的电磁理论D．它引入了普朗克的量子理论合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业BD[原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论．]合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业3.一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少B[氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，故选项B正确．]合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业合作攻重难探究合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业对玻尔原子模型的理解1．轨道量子化轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的值，不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的．这样的能量值，称为能级．量子数n越大，表示能级越高．(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业3．跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上．玻尔将这种现象叫作电子的跃迁．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业【例1】氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照可使其电离？(4)电子在核外旋转的等效电流(已知电子质量m＝9.1×10－31kg)．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[思路点拨](1)电子在各可能轨道上做匀速圆周运动时库仑力提供向心力．(2)氢原子的能量等于电子的动能与原子电势能之和．(3)电子跃迁到n＝∞的轨道即为电离．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[解析](1)设处于基态的氢原子核周围的电子速度为v1，则ke2r21＝mv21r1所以电子动能Ek1＝12mv21＝ke22r1＝9×109×1.6×10－1922×0.53×10－10×1.6×10－19eV≈13.6eV.(2)因为E1＝Ek1＋Ep1，所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6eV－13.6eV＝－27.2eV.合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离hcλ＝0－E1所以λ＝－hcE1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19m≈91.4nm.合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(4)等效的环形电流I＝eT由ke2r21＝mr12πT2可得T＝2πmr31ke2所以I＝eT＝e22πkmr31代入数据解得I＝1.05×10－3A.[答案](1)13.6eV(2)－27.2eV(3)91.4nm(4)1.05×10－3A合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业有关玻尔原子模型及定态问题的四个结论在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动轨道看作半径为r的圆周，则原子核与电子之间的库仑力作为电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有ke2r2＝mev2r，则合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(1)电子运动速度v＝ke2mer；(2)电子的动能Ek＝12mev2＝ke22r；(3)电子在半径为r的轨道上所具有的电势能Ep＝－ke2r(无限远处为零)；(4)原子的总能量就是电子的动能Ek和电势能Ep的代数和，即E＝Ek＋Ep＝－ke22r.合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业1．(多选)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是()A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是连续的D．原子内电子的轨道是不连续的合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业BD[按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔理论可知选项A、C错误，B正确；原子内电子轨道是不连续的，D正确．]合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业原子能级和能级跃迁的理解1．能级图的理解如图所示为氢原子能级图．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6eV.En代表电子在第n个轨道上运动时的能量．(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝nn－12＝C2n.3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定．hν＝Em－En(Em、En是始末两个能级，且mn)能级差越大，放出光子的频率就越高．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题．(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子发生能级跃迁．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业【例2】(多选)用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线．调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条．用Δn表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量．根据氢原子的能级图(如图所示)可以判断，Δn和E的可能值为()合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课