高中物理 第3章 原子世界探秘 3.3 量子論視野下的原子模型學(xué)案 滬科版選修35

1、3.3量子論視野下的原子模型學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1知道玻爾理論的主要內(nèi)容。2記住氫原子能級(jí)和軌道半徑的規(guī)律。3知道玻爾理論對(duì)氫原子光譜的成功解釋和局限性。重點(diǎn)：氫原子能級(jí)和軌道半徑的公式。難點(diǎn)：利用氫原子能級(jí)和軌道半徑的公式分析問題。一、把量子論引入原子模型1玻爾理論的建立背景和觀點(diǎn)（1）經(jīng)典理論的困難：電子繞核高速運(yùn)轉(zhuǎn)輻射能量，最終落到原子核上，但事實(shí)并非如此，原子是穩(wěn)定的。（2）玻爾的觀點(diǎn)：玻爾接受了普朗克的量子化思想，提出了量子化的原子模型。2玻爾理論基本假設(shè)內(nèi)容定態(tài)假設(shè)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中的原子是穩(wěn)定的。這些狀態(tài)叫定態(tài)。只有當(dāng)原子在兩個(gè)定態(tài)之間躍遷時(shí)，才產(chǎn)生電

2、磁輻射躍遷假設(shè)原子從能量為em的定態(tài)躍遷到能量為en的定態(tài)時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量為hemen軌道假設(shè)原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道，原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因而電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑也是不連續(xù)的，只能是一些分立的數(shù)值，即rnn2r1，ene1（n1,2,3，），其中r10.53×1010m，e113.6 ev預(yù)習(xí)交流1經(jīng)典電磁理論認(rèn)為，電子繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要向外輻射電磁波，玻爾也是這樣認(rèn)為的嗎？答案：不是。玻爾認(rèn)為，處于定態(tài)的原子，雖然繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，但并不向外輻射電磁波。二、能級(jí)原子光譜1能級(jí)：在玻爾模型中，原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因而各定態(tài)的能

3、量只能取一些分立值，原子在各定態(tài)的能量值叫原子的能級(jí)。2氫原子的能級(jí)圖：預(yù)習(xí)交流2玻爾原子模型的突出特點(diǎn)是什么？玻爾模型是否完全否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型？答案：玻爾原子模型的突出特點(diǎn)是引入了軌道量子化和能量量子化，玻爾原子模型保留了盧瑟福的軌道，所以并沒用完全否定核式結(jié)構(gòu)模型。三、玻爾理論的成就和局限玻爾理論的成就：玻爾理論第一次將量子論引入原子領(lǐng)域；提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。一、對(duì)玻爾原子模型的理解玻爾原子模型中，原子從一種定態(tài)怎樣實(shí)現(xiàn)到另一種定態(tài)的？是躍遷還是漸進(jìn)？能量是吸收還是放出？答案：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為em）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為en）時(shí)，它輻射

4、（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hemen可見，電子如果從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道，不是以螺旋線的形式改變半徑大小的，而是從一個(gè)軌道上“跳躍”到另一個(gè)軌道上。玻爾將這種現(xiàn)象叫做電子的躍遷。氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，下列說法中正確的是（）。a核外電子受力變小b原子的能量減少c氫原子要吸收一定頻率的光子d氫原子要放出一定頻率的光子答案：bd解析：由玻爾理論知，當(dāng)電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，要放出能量，故要放出一定頻率的光子；電子的軌道半徑小了，由庫(kù)侖定律知，它與原子核之間的庫(kù)侖力大了，故a、c錯(cuò)，b、d正確。求解氫原

5、子結(jié)構(gòu)問題的方法（1）求解電子在某條軌道上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，要將玻爾的軌道理論與電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力結(jié)合起來。即用兩公式結(jié)合判定。（2）求解氫原子要吸收一定頻率的光子躍遷時(shí)原子在各定態(tài)之間躍遷時(shí)原子躍遷條件hemen，一次躍遷只能吸收（或放出）一個(gè)光子的能量，且光子能量恰好等于兩能級(jí)之差。原子向電離態(tài)躍遷時(shí)，吸收的能量大于或等于原子所處能級(jí)的能量的絕對(duì)值。即heem，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。二、對(duì)氫原子能級(jí)躍遷的深入理解如何計(jì)算處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光譜線條數(shù)？答案：處于激發(fā)態(tài)的氫原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷，經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)

6、，所以一群氫原子處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射的光譜線條數(shù)為：n。（2010·新課標(biāo)）用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測(cè)到頻率分別為1、2、3的三條譜線，且321，則（）。a01b321c0123 d答案：b解析：在光譜中僅能觀測(cè)到三條譜線，可知基態(tài)的氫原子被激發(fā)到n3，且h3h2h1，30，選項(xiàng)b正確。氫原子躍遷時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：1能量值恰好等于某兩個(gè)能級(jí)之差的光子才可以被氫原子吸收，在能級(jí)之間發(fā)生躍遷。2解題時(shí)要注意是直接躍遷還是間接躍遷。例如要從n1躍遷到n3，如果是直接躍遷，則吸收的光子的頻率是唯一的，即he3e1；若是間接躍遷，可以是從n

7、1到n2，再由n2到n3，這樣吸收光子的能量是兩種。3在能級(jí)圖中，量子數(shù)越大，能級(jí)越密。能級(jí)圖中，豎直箭頭的方向表示原子躍遷的方向，長(zhǎng)度表示輻射光子的能量大小。4若入射光子的能量大于原子的電離能，如氫原子的電離能是13.6 ev，則原子也會(huì)吸收躍遷，此時(shí)核外電子可以脫離原子核的吸引成為自由電子，光子能量大于電離能的部分轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂呻娮拥膭?dòng)能。1氫原子處于量子數(shù)n3的狀態(tài)時(shí)，要使它的核外電子成為自由電子，吸收的光子能量應(yīng)是（）。a13.6 ev b1.5 ev c1.51 ev d0.54 ev答案：ac解析：只要被吸收的光子能量大于等于n3的狀態(tài)時(shí)所需的電離能1.51 ev即可，多余能量作為電離

8、后自由電子的動(dòng)能。2按照玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是（）。a第m個(gè)定態(tài)和第n個(gè)定態(tài)的軌道半徑rm和rn之比為：rmrnm2n2b第m個(gè)定態(tài)和第n個(gè)定態(tài)的能量em和en之比為：emenn2m2c電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)，若其圓周運(yùn)動(dòng)的頻率是，則其發(fā)光頻率也是d若氫原子由能量為e的定態(tài)，向低能級(jí)躍遷時(shí)則其發(fā)光頻率為答案：ab解析：由rnn2r1知a正確；由en知b正確；由于氫原子發(fā)光的光子能量hemen，知c錯(cuò)誤；原子由能量為e的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子能量e輻與e不同，故d錯(cuò)誤。3氫原子的基態(tài)能量為e1，如圖，四個(gè)能級(jí)圖能正確代表氫原子能級(jí)的是（）。答案：c解析：根據(jù)氫原子能級(jí)圖特點(diǎn)

9、：上密下疏，再聯(lián)系各激發(fā)態(tài)與基態(tài)能量關(guān)系ene1，故c正確。4氫原子從n3的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)放出光子的頻率為，則它從基態(tài)躍遷到n4的能級(jí)吸收的光子頻率為（）。a b c d答案：d解析：氫原子從n3的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，he3e2e1則從基態(tài)躍遷到n4的能級(jí)，吸收光子能量he4e1e1e1由得，選項(xiàng)d正確。5關(guān)于玻爾的原子模型，下述說法中正確的有（）。a它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說b它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說c它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論d它引入了普朗克的量子理論答案：bd解析：玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)模型的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級(jí)躍遷，故a錯(cuò)，b正確，它的成功就在于引入了量子化理論，缺點(diǎn)是被過多的引入經(jīng)典力學(xué)所困，故c錯(cuò)，d正確。6edbc3191f2351dd815ff33d4435f3756edbc3191f2351