學(xué)粵教版選修35 3.4 原子的能級(jí)結(jié)構(gòu) 課件（3）（40張）.ppt

第四節(jié)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu) 1 了解原子的能級(jí) 躍遷 能量量子化以及基態(tài)和激發(fā)態(tài)等概念 2 了解原子能量子化是如何提出來(lái)的 理解原子發(fā)射與吸收光子的頻率和能級(jí)差的關(guān)系 3 知道氫原子能級(jí)公式 以及能利用能級(jí)公式分析一些有關(guān)能級(jí)的問(wèn)題 4 能用原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)解釋氫原子的光譜的不連續(xù)性 按經(jīng)典理論電子繞核旋轉(zhuǎn)做加速運(yùn)動(dòng) 電子將不斷向四周輻射電磁波 它的能量不斷減小 從而將逐漸靠近原子核 最后落入原子核中 軌道及轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不斷變化 輻射電磁波頻率也是連續(xù)的 原子光譜應(yīng)是連續(xù)的光譜 實(shí)驗(yàn)表明原子相當(dāng)穩(wěn)定 這一結(jié)論與實(shí)驗(yàn)不符 實(shí)驗(yàn)測(cè)得原子光譜是不連續(xù)的譜線 氫原子的發(fā)光原理是什么 用什么理論來(lái)解釋氫原子的發(fā)光現(xiàn)象 一 能級(jí)結(jié)構(gòu)猜想1 原子內(nèi)部 能量稱為原子的能級(jí) 原子從一個(gè)能級(jí)變化到另一能級(jí)的過(guò)程叫做 2 躍遷時(shí)輻射 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 h為普朗克常量 二 氫原子的能級(jí)1 氫原子的能級(jí) 或 躍遷 不連續(xù)的 h em en 2 在正常狀態(tài)下 氫原子處于 這個(gè) 對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài) 3 對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài) 4 氫原子的能級(jí)圖如圖所示 較高能級(jí) 最低的能級(jí)e1 n 1 最低能級(jí) 玻爾理論的理解 一 經(jīng)典電磁理論的困惑1 原子是否穩(wěn)定 電子繞核旋轉(zhuǎn) 做的是一種變加速運(yùn)動(dòng) 因而就要向外輻射電磁波 由于能量不斷的向外輻射 使得電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑也要減小 這樣電子會(huì)沿著螺旋線落在原子核上 因而原子是不穩(wěn)定的 但事實(shí)上原子通常是穩(wěn)定的 2 原子發(fā)光 所發(fā)射光的頻率遵循經(jīng)典電磁理論 電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射的電磁波的頻率等于電子繞核運(yùn)動(dòng)的頻率 當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑逐漸減小時(shí) 輻射的電磁波頻率將不斷增大 這樣大量原子發(fā)光時(shí)所發(fā)射的光應(yīng)包含各種頻率的光 而實(shí)際上原子所發(fā)出的光的頻率是不連續(xù)的 二 玻爾理論的三個(gè)要點(diǎn)1 能級(jí) 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)中原子是穩(wěn)定的 電子雖然繞核運(yùn)動(dòng) 但并不向外輻射能量 2 躍遷假設(shè) 原子從一種定態(tài) 設(shè)能量為en 躍遷到另一種定態(tài) 設(shè)能量為em 時(shí) 它輻射 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h em en 3 軌道量子化假設(shè) 原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng) 原子的定態(tài)是不連續(xù)的 因此電子的可能軌道的分布也是分立的 下面關(guān)于玻爾理論的解釋中 不正確的說(shuō)法是 a 原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中 每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量b 原子中 雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng) 但只要能量狀態(tài)不改變 就不會(huì)向外輻射能量c 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí) 一定要輻射一定頻率的光子d 原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道 并且這些軌道是不連續(xù)的 解析 由玻爾理論的三個(gè)要點(diǎn)可知 選項(xiàng)a b d說(shuō)法是正確的 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí) 可能輻射 也可能吸收一定頻率的光子 答案 c 課堂訓(xùn)練 1 按照玻爾原子理論 氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn) 氫原子的能量 選填 越大 或 越小 已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為e1 e1 0 電子質(zhì)量為m 基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為 的光子被電離后 電子速度大小為 普朗克常量為h 解析 電子離原子核越遠(yuǎn)電勢(shì)能越大 原子能量也就越大 根據(jù)動(dòng)能定理有 h e1 mv2 所以電離后電子速度為 答案 越大 氫原子的能級(jí)躍遷理解 一 能級(jí)及可能軌道半徑原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級(jí) 能量的最低狀態(tài)叫基態(tài) 氫原子的基態(tài)能量 e1 13 6ev e1代表電子在第一條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 其它能級(jí)狀態(tài)叫激發(fā)態(tài) 其它各能級(jí)的關(guān)系為 en e1 n 1 2 3 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 它對(duì)應(yīng)電子在各條可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 包括動(dòng)能和勢(shì)能 e2 3 4eve3 1 51eve4 0 85ev 氫原子的能級(jí)圖如上面圖所示 電子離核最近的一條可能軌道的半徑r1 0 53 10 10m 其它各條可能軌道的半徑rn n2r1 n 1 2 3 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 二 氫原子能級(jí)躍遷的可能氫原子核外電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能直接躍遷到基態(tài) 也可能先躍遷到其他低能級(jí)的激發(fā)態(tài) 然后再到基態(tài) 因此處于n能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)就有很多可能性 則它有可能向量子數(shù)為1 2 3 n 的各個(gè)低能級(jí)躍遷 可形成的譜線總數(shù)為 n n 1 n 2 n 3 1 三 光子和實(shí)物粒子都可能使能級(jí)躍遷1 原子若是吸收光子的能量而被激發(fā) 其光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差 即h em en 否則不被吸收 不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余 而激發(fā)到n 1時(shí)能量不足的問(wèn)題 2 原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子 如電子 的能量而被激發(fā) 實(shí)物粒子與原子核作用時(shí) 一般通過(guò)碰撞將能量轉(zhuǎn)給原子 要使原子躍遷 電子的能量必大于或等于兩定態(tài)的能級(jí) 即e em en 原子從一種定態(tài) 設(shè)能量為en 躍遷到無(wú)窮遠(yuǎn)處的現(xiàn)象叫電離 發(fā)生電離時(shí) 原子獲得的能量必e en 四 原子躍遷時(shí)需注意的問(wèn)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 這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上 在某段時(shí)間內(nèi) 由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí) 可能的情況只有一種 如果是一群原子 這些原子核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn) 2 注意直接躍遷和間接躍遷 原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí) 有時(shí)可能是直接躍遷 有時(shí)可能是間接躍遷 兩種情況輻射 或吸收 光子的頻率不同 圖為氫原子能級(jí)的示意圖 現(xiàn)有大量的氫原子處于n 4的激發(fā)態(tài) 當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光 關(guān)于這些光下列說(shuō)法正確的是 a 最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n 4能級(jí)躍到n 1能級(jí)產(chǎn)生的b 頻率最小的光是由n 2能級(jí)躍遷到n 1能級(jí)產(chǎn)生的 c 這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光d 用n 2能級(jí)躍遷到n 1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6 34ev的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) 解析 波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 是由n 4能級(jí)躍遷到n 3能級(jí)產(chǎn)生的 因此 從n 4能級(jí)躍遷到n 3能級(jí)放出的光子的頻率也是最小的 故a b錯(cuò) 由n 4能級(jí)向低能級(jí)躍遷可輻射6種不同頻率的光 從n 2能級(jí)到n 1能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量為10 2ev 能使逸出功為6 34ev的全屬鉑發(fā)生光電效應(yīng) 故c錯(cuò) d對(duì) 答案 d 課堂訓(xùn)練 2 氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示 不同色光的光子能量如下表所示 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子 發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條 其顏色分別為 a 紅 藍(lán) 靛b 黃 綠c 紅 紫d 藍(lán) 靛 紫 解析 如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級(jí) 能夠發(fā)出10 2ev的光子 不屬于可見光 如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級(jí) 能夠發(fā)出12 09ev 10 2ev 1 89ev的三種光子 只有1 89ev屬于可見光 如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級(jí) 能夠發(fā)出12 75ev 12 09ev 10 2ev 2 55ev 1 89ev 0 66ev的六種光子 1 89ev和2 55ev屬于可見光 1 89ev的光子為紅光 2 55ev的光子為藍(lán) 靛 a正確 答案 a 1 雙選 關(guān)于玻爾原子理論的基本假設(shè) 下列說(shuō)法中正確的是 a 原子中的電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng) 庫(kù)侖力提供向心力b 電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑只能取某些特定的值 而不是任意的 基礎(chǔ)達(dá)標(biāo) c 原子的能量包括電子的動(dòng)能和勢(shì)能 電子動(dòng)能可取任意值 勢(shì)能只能取某些分立值d 電子由一條軌道躍遷到另一條軌道上時(shí) 輻射 或吸收 的光子頻率等于電子繞核運(yùn)動(dòng)的頻率 解析 由玻爾理論知 a b正確 因電子軌道是量子化的 所以原子的能量也是量子化的 c錯(cuò)誤 電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 不向外輻射能量 原子輻射的能量與電子繞核運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) d錯(cuò)誤 答案 ab 2 大量原子從n 4的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí) 產(chǎn)生的光譜線數(shù)是 a 2條b 4條c 6條d 8條 解析 從n 4向低能級(jí)躍遷有3條 從n 3向低能級(jí)躍遷有2條 從n 2向低能級(jí)躍遷有1條 總共6條 即n 答案 c 3 雙選 根據(jù)玻爾理論 氫原子核外電子在第1條軌道和第2條軌道運(yùn)行時(shí) a 軌道半徑之比為1 4b 軌道能級(jí)的絕對(duì)值之比為2 1c 運(yùn)行周期之比為1 8d 電子動(dòng)能之比為1 4 4 氫原子從能量為e1的較高激發(fā)態(tài)躍遷到能量為e2的較低激發(fā)態(tài) 設(shè)真空中的光速為c 則 a 吸收光子的波長(zhǎng)為b 輻射光子的波長(zhǎng)為c 吸收光子的波長(zhǎng)為d 輻射光子的波長(zhǎng)為 解析 由玻爾理論的躍遷假設(shè) 當(dāng)氫原子由較高的能級(jí)向較低的能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子 故a c錯(cuò) 由關(guān)系式 得輻射光子的波長(zhǎng) 故b錯(cuò) d對(duì) 答案 d 5 氫原子從能級(jí)a躍遷到能級(jí)b 吸收頻率 1的光子 從能級(jí)a躍遷到能級(jí)c釋放頻率 2的光子 若 2 1則當(dāng)它從能級(jí)c躍遷到能級(jí)b將 a 放出頻率為 2 1的光子b 放出頻率為 2 1的光子c 吸收頻率為 2 1的光子d 吸收頻率為 2 1的光子 解析 從能級(jí)a躍遷到能級(jí)b 吸收能量 說(shuō)明b能級(jí)高于a能級(jí) 從能級(jí)a躍遷到能級(jí)c釋放能量說(shuō)明a能級(jí)高于c能級(jí) 因此可推斷從能級(jí)c躍遷到能級(jí)b將吸收 1和 2的能量之和 答案 d 6 已知?dú)湓拥哪芗?jí)公式為 en e1 其中e1 13 6ev 現(xiàn)讓一束單色光照射一群處于基態(tài)的氫原子 受照射后的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光 則該照射單色光的光子能量為 a 13 6evb 12 75evc 12 09evd 10 2ev 解析 受照射后的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光 說(shuō)明氫原子受光照射后是從1能級(jí)躍遷到3能級(jí) 故 h em en 1 51ev 13 6ev 12 09ev 答案 c 7 氦原子被電離一個(gè)核外電子 形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子 已知基態(tài)氦離子能量為e1 54 4ev 氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示 在具有下列能量的光子中 不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是 a 40 8evb 43 2evc 51 0evd 54 4ev 能力提升 解析 要吸收光子發(fā)生躍遷需要滿足一定的條件 即吸收的光子的能量必須是任意兩個(gè)能級(jí)的差值 40 8ev是第一能級(jí)和第二能級(jí)的差值 51 0ev是第一能級(jí)和第四能級(jí)的差值 54 4ev是電子電離需要吸收的能量 均滿足條件 選項(xiàng)a c d均可以 而b選項(xiàng)不滿足條件 答案 b 8 下圖中畫出了氫原子的4個(gè)能級(jí) 并注明了相應(yīng)的能量e 處在n 4能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí) 能夠發(fā)出若干種不同頻率的光波 已知金屬鉀的逸出功為2 22ev 在這些光波中 能夠從金屬鉀的表面打出光電子的總共有 a 兩種b 三種c 四種d 五種 解析 能夠從金屬鉀表面打出光電子的光子的能量必大于金屬鉀的逸出功2 22ev 從n 4能級(jí)向低能級(jí)躍遷的氫原子 能夠發(fā)出6種不同頻率的光子 其中從n 4能級(jí)躍遷到n 3能級(jí)和從n 3能級(jí)躍遷到n 2能級(jí)時(shí)放出的光子的能量小于2 22ev 不能從金屬鉀表面打出光電子 答案 c 9 如右下圖所示 氫原子從n 2的某一能級(jí)躍遷到n 2的能級(jí) 輻射出能量為2 55ev的光子 問(wèn)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量 才能使它輻射上述能量的光子 請(qǐng)?jiān)趫D中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖 解析 氫原子從n 2的某一能級(jí)躍遷到n 2的能級(jí) 滿足 h en e2 2 55ev可得 en h e2 0 85ev 所以n 4 基態(tài)氫原子要躍遷到n 4的能級(jí) 應(yīng)提供 e e4 e1 12 75ev躍遷圖見下圖 答案 12 75ev見解析圖 10 氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1 0 53 10 10m 能量e1 13 6ev 求氫原子處于