高二 粵教版 物理選擇性必修第三冊 第五章《第一節(jié) 原子的結構（第2課時）》課件

第一節(jié)

原子的結構（第2課時）高二—粵教版—物理選擇性必修第三冊—第五章學習目標知道玻爾原子理論的基本假設和主要內(nèi)容了解能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念能用玻爾原子理論簡單解釋氫原子模型了解玻爾模型的不足之處及其原因一、回顧科學家對原子結構的認識原子不可割湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的棗糕模型盧瑟福α粒子散射實驗核式結構模型否定建立否定建立完美？但是與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾軌道上運動的電子帶有電荷運動中要輻射電磁波，損失能量軌道半徑不斷縮小最終落在原子核上事實上，原子是穩(wěn)定的經(jīng)典物理學觀點下，原子將發(fā)生“塌陷”盧瑟福的核式結構模型能夠很好的解釋α粒子散射實驗的現(xiàn)象另一方面電子軌道連續(xù)變化輻射電磁波的頻率也會連續(xù)變化事實上，輻射電磁波的頻率只是某些不連續(xù)的特定值。連續(xù)光譜和原子的特征譜線二、觀察氫原子光譜分光鏡氣體放電管金屬導桿感應圈電源

玻璃管中稀薄氣體的分子在強電場的作用下會電離，成為自由移動的正負電荷，于是氣體變成導體，導電時會發(fā)光。實驗裝置分光鏡里面觀測到的氫原子的發(fā)光光譜

玻爾了解到盧瑟福的原子模型所遇到的困難，他認為產(chǎn)生困難的原因不在于模型本身，而在于經(jīng)典理論。

在普朗克關于黑體輻射的量子論和愛因斯坦光子說的啟發(fā)下，玻爾大膽提出自己的原子結構假說。玻爾三、玻爾的原子結構假說玻爾原子理論的基本假設軌道量子化能量量子化躍遷假說玻爾（一）軌道量子化(定軌)(1)圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，即電子的軌道是量子化的。

(2)電子在這些軌道上繞核的轉動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。

分立軌道（二）能量量子化（定態(tài)）（1）當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量。（2）原子中這些具有特定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。（3）玻爾指出，原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)之中，這些狀態(tài)中能量是穩(wěn)定的。所以原子的能量也是量子化的。定態(tài)軌道最穩(wěn)定基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(離核最近)激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)（二）能量量子化（定態(tài)）電離：原子吸收能量使電子脫離原子束縛的現(xiàn)象量子數(shù)：按能級由低到高為1、2、3…n(n為整數(shù))

氫原子各能級可表示為:E1、E2、E3...En。能級圖（二）能量量子化（定態(tài)）1.從高能級向低能級躍遷原子從高能級向低能級躍遷時，電子的軌道半徑減小，電子所受庫侖力做正功，電勢能減小，原子的能量減少，要輻射出能量，這一能量以光子的形式放出。

（三）躍遷假說（頻率條件)躍遷：原子由一個能量狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量狀態(tài)的過程稱為躍遷。躍遷模擬畫面（三）躍遷假說（頻率條件)2.從低能級向高能級躍遷原子也可以從低能級向高能級躍遷，此時電子從低軌道向高軌道躍遷，克服庫侖引力做功，電勢能增大，原子的能量增加，要吸收能量。躍遷模擬畫面+mn-頻率條件:低能級（En）電子吸收特定頻率的光子，或者受到其它粒子的轟擊。高能級（Em）原子輻射光子躍遷（三）躍遷假說（頻率條件)

例1.（多選）玻爾在他提出的原子模型中所做的假設有（）

A．原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做變速運動，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動相對應，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的。C．電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子。D．電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率。

解析：A、B、C三項都是玻爾提出來的假設。其核心是原子定態(tài)概念的引入與能級躍遷假說的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量狀態(tài)與電子繞核運動時不同的圓軌道相對應，是經(jīng)典理論與量子化概念的結合。電子躍遷時輻射的光子的頻率與能級差有關，與電子繞核做圓周運動的頻率無關，故D錯誤，A、B、C正確。ABC

例2.一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài)，當它向低能級躍遷時，最多能向外輻射多少種頻率的光子？12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV答案：6種

總結：氫原子核外電子從高能級向低能級躍遷時，可能直接躍遷到基態(tài)，也可能先躍遷到其他低能級的激發(fā)態(tài)，然后再到基態(tài)。處于n能級的電子向低能級躍遷時就有很多可能性，其可能有cn2種情況。四、玻爾理論對氫光譜的解釋1.解釋氫原子光譜的不連續(xù)性

原子從較高能級向低能級躍遷時放出光子的能量等于前后兩能級差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。2.解釋不同原子具有不同的特征譜線

不同的原子具有不同的結構，能級各不相同，因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。五、玻爾理論的成就和局限性1.玻爾理論的成就（1）玻爾理論第一次將量子觀念引入原子領域。（2）提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律。2.玻爾理論的局限性過多地保留了經(jīng)典理論，即保留經(jīng)典粒子的觀念，把電子的運動看作經(jīng)典力學描述下的軌道運動。除了氫原子光譜外，在解釋其他原子發(fā)光的問題上遇到了很大的困難。怎樣修改玻爾模型？思想：必須徹底放棄經(jīng)典概念關鍵：用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念

原子中的電子沒有確定的坐標值，我們只能描述電子在某個位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點表示時，這種圖象就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。

例3.根據(jù)氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)。

(1)在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出的光子有幾種?能量多大?(2)哪些能使逸出功為2.29eV的金屬鈉發(fā)生光電效應?逸出的光電子最大初動能為多大?12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

分析:大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，回到基態(tài)有不同途徑，可直接由n=3躍遷到n=1。也可逐級躍遷，躍遷釋放的能量由兩能級差決定。12345∞n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV

例題4.2022年1月，西安衛(wèi)星測控中心圓滿完成52顆在軌運行的北斗導航衛(wèi)星健康狀態(tài)評估工作?！绑w檢”結果顯示，所有北斗導航衛(wèi)星的關鍵技術指標均滿足正常提供各類服務的要求。北斗導航衛(wèi)星中的“北斗三號"采用星載氫原子鐘，通過氫原子能級躍遷產(chǎn)生電磁波校準時鐘。氫原子的部分能級結構如圖，則（）A.氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，原子的電勢能減少B.用11eV的光子照射，能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C.一群處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可