學(xué)滬科版選修35 3.3量子論視野下的原子模型 課件（2）（29張）.ppt

3 3量子論視野下的原子模型 一 玻爾提出原子模型的背景 盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)很好地解釋了a粒子的散射實(shí)驗(yàn) 初步建立了原子結(jié)構(gòu)的正確圖景 但跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾 按照經(jīng)典理論 電子在圍繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 必然要向外輻射電磁波 因此輻射能量后的電子 將隨著能量的減少 電子繞核運(yùn)行的軌道半徑也要減小 于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核 這樣 原子也將 塌方 不再成為原子了 但事實(shí)上 原子的結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定 矛盾 1 原子的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 同時(shí) 按照經(jīng)典電磁理論 電子繞核運(yùn)行時(shí)輻射電磁波的頻率應(yīng)該等于電子繞核運(yùn)行的頻率 隨著運(yùn)行軌道半徑的不斷變化 電子繞核運(yùn)行的頻率要不斷變化 因此原子輻射電磁波的頻率也要不斷變化 這樣 大量原子發(fā)光的光譜就應(yīng)該是包含一切頻率的連續(xù)譜 矛盾 2 原子光譜的不連續(xù)性續(xù)性 以上矛盾表明 從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來(lái)的經(jīng)典電磁理論不適用于原子這樣小的物體產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象 為了解決這個(gè)矛盾 1913年玻爾在盧瑟福學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上 把普郎克的量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上 提出了玻爾理論 二 玻爾理論的主要內(nèi)容 1 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 這些狀態(tài)叫定態(tài) 2 原子從一種定態(tài) 設(shè)能量為e初 躍遷到另一種定態(tài) 設(shè)能量為e終 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 3 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不連續(xù)的 玻爾的原子模型概括 hv e初 e未 en 三 玻爾計(jì)算出氫的電子的計(jì)算公式 rn n2r1 軌道半徑 n 1 2 3 能量 n 1 2 3 式中r1 r1 0 53 10 10m e1 e1 13 6ev 分別代表第一條 即離核最近的 可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 rn en分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 n是正整數(shù) 叫量子數(shù) 四 氫原子的能級(jí)圖 關(guān)于光譜線條數(shù)的說(shuō)明 1 一群氫原子躍遷發(fā)出的可能光譜線條數(shù) 2 一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出的可能光譜線條數(shù)最多為 2 原子發(fā)光現(xiàn)象 原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程 是輻射能量的過(guò)程 這個(gè)能量以光子的形式輻射出去 這就是原子發(fā)光現(xiàn)象 1 能級(jí) 氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值 叫它的能級(jí) 3 激發(fā)態(tài) 除基態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí) 叫做激發(fā)態(tài) 2 基態(tài) 在正常狀態(tài)下 原子處于最低能級(jí) 這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng) 這種定態(tài)叫基態(tài) 五 原子發(fā)光機(jī)理 1 幾個(gè)概念 玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題 但是也有它的局限性 在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念 同時(shí)又應(yīng)用了 粒子 軌道 等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律 除了氫原子光譜外 在解決其他問題上遇到了很大的困難 六 玻爾模型的局限性 氦原子光譜 量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉?閱讀課本58頁(yè) 電子云 例題1 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 c 定態(tài) 例題2 按照玻爾理論 一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上 已知ra rb 則在此過(guò)程中 a 原子要發(fā)出一系列頻率的光子b 原子要吸收一系列頻率的光子c 原子要發(fā)出某一頻率的光子d 原子要吸收某一頻率的光子 c 原子的發(fā)光機(jī)制 例題3 按照波爾理論 氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道上 有關(guān)能量變化的說(shuō)法中 正確的是 a 電子的動(dòng)能變大 電勢(shì)能變大 總能量變大b 電子的動(dòng)能變小 電勢(shì)能變小 總能量變小c 電子的動(dòng)能變小 電勢(shì)能變大 總能量不變d 電子的動(dòng)能變小 電勢(shì)能變大 總能量變大 d 注意 電子在不同軌道之間跳躍的過(guò)程中 電勢(shì)能的變化大于其動(dòng)能的變化 練習(xí)1 根據(jù)玻爾理論 氫原子中 量子數(shù)n越大 則下列說(shuō)法中正確的是 a 電子軌道半徑越大b 核外電子的速率越大c 氫原子能級(jí)的能量越大d 核外電子的電勢(shì)能越大 acd 例題4 如圖給出了氫原子的最低的四個(gè)能級(jí) 氫原子在這些能級(jí)之間躍遷 所輻射的光子的頻率最多幾種 其中最小頻率是多少 最小波長(zhǎng)又是多少 1 6種 2 最小頻率對(duì)應(yīng)能級(jí)差最小 3 最小波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)最大能量差 9 75 10 8m 目的 能根據(jù)能級(jí)圖畫出輻射光子的多種可能 并能根據(jù)能級(jí)差判斷出光子波長(zhǎng)的大小 線越長(zhǎng) 光子能量越大 例題5 處于基態(tài)的氫原子在某單色光的照射下 只能發(fā)出頻率為的三種頻率的光 且 則該照射光的光子的能量為 c 1 光子照射氫原子 原子吸收光子 電子由軌道1躍遷到軌道3上 原子由軌道1上的基態(tài)變成了軌道3上的激發(fā)態(tài) 氫原子發(fā)光的過(guò)程 2 原子在激發(fā)態(tài)上不穩(wěn)定 所以要向低能態(tài)躍遷 輻射光子 光子的能量滿足 a 3種b 4種c 5種d 6種 練習(xí)2 如圖所示為氫原子的能級(jí)圖 用大量能量為12 75ev的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子 氫原子發(fā)射出不同波長(zhǎng)的光波 其中最多包含有幾種不同波長(zhǎng)的光波 d 原子吸收光子后 能級(jí) en 13 6ev 12 75ev 0 85ev e4 原子吸收光子后 躍遷到n 4的激發(fā)態(tài)上 注意原子的發(fā)光過(guò)程 a 13 6evb 12 09evc 10 2evd 3 4ev 練習(xí)3 如圖所示為氫原子能級(jí)圖 現(xiàn)讓一束單色光照射一群處于基態(tài)的氫原子 受激發(fā)的氫原子能自發(fā)地輻射出三種不同頻率的光 則照射氫原子的單色光的光子能量為 b 原子吸收光子后 躍遷到n 3的激發(fā)態(tài)上 a 在照射光中可能被吸收的光子能量有無(wú)數(shù)種b 在照射中可能被吸收的光子能量只有3種c 照射后可能觀測(cè)到氫原子發(fā)射不同波長(zhǎng)的光有6種d 照射后可能觀測(cè)到氫原子發(fā)射不同波長(zhǎng)的光有3種 練習(xí)4 提高 如圖所示為氫原子的能級(jí)圖 現(xiàn)用光子能量介于10ev 12 9ev范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子 則下列說(shuō)法中正確的是 bc 原子輻射或吸收的光子的能量必須滿足 即10 2ev 12 09ev 12 75ev a 這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光 其中從n 3躍遷到n 2所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短b 這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光 其中從n 3躍遷到n 1所發(fā)出的光頻率最小c 金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為9 60evd 金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為11 11ev 例題6 如圖所示為氫原子能級(jí)圖 一群氫原子處于n 3的激發(fā)態(tài) 在向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外發(fā)出光子 用這些光照射逸出功為2 49ev的金屬鈉 說(shuō)法正確的是 c 練習(xí)5 右圖為氫原子能級(jí)的示意圖 現(xiàn)有大量的氫原子處于n 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 最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n 能級(jí)躍到n 能級(jí)產(chǎn)生的 頻率最小的光是由n 能級(jí)躍遷到n 能級(jí)產(chǎn)生的 這些氫原子總共可輻射出 種不同頻率的光 用n 能級(jí)躍遷到n 能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6 34 的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) d a 大量處在n 3的高能級(jí)的氫原子向n 3能級(jí)躍遷時(shí) 發(fā)出的光有一部分是可見光b 大量處在n 3能級(jí)的氫原子向n 2能級(jí)躍遷時(shí) 發(fā)出的光是紫外線c 大量處在n 3能級(jí)的氫原子向n 1能級(jí)躍遷時(shí) 發(fā)出的光都應(yīng)具有顯著的熱效應(yīng)d 處在n 3能級(jí)的氫原子吸收任意頻率的紫外線光子都能發(fā)生電離 例題7 如圖所示為氫原子能級(jí)圖 可見光的光子能量范圍為1 62ev 3 11ev 下列說(shuō)法正確的是 d 例題8 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)的氦離子能量為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 a40 8eve5 0b43 2eve4 3 4evc55 0eve3 6 0evd54 4eve2 13 6eve1 54 4ev b c d選項(xiàng)可使基態(tài)氦離子電離 課堂練習(xí) 1 對(duì)玻爾理論的下列說(shuō)法中 正確的是 a 繼承了盧瑟福的原子模型 但對(duì)原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)b 對(duì)經(jīng)典電磁理論中關(guān)于 做加速運(yùn)動(dòng)的電荷要輻射電磁波 的觀點(diǎn)提出了異議c 用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系d 玻爾的兩個(gè)公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來(lái)的 abcd 2 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 并且這些道是不連續(xù)的 c 3 根據(jù)玻爾理論 氫原子中 量子數(shù)n越大 則下列說(shuō)法中正確的是 a 電子軌道半徑越大b 核外電子的速率越大c 氫原子能級(jí)的能量越大d 核外電子的電勢(shì)能越大 acd 4 根據(jù)玻爾的原子理論 原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑 a 可以取任意值b 可以在某一范圍內(nèi)取任意值c 可以取一系列不連續(xù)的任意值d 是一系列不連續(xù)的特定值 d 5 按照玻爾理論 一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上 已知ra rb 則在此過(guò)程中 a 原子要發(fā)出一系列頻率的光子b 原子要吸收一系列頻率的光子c 原子要發(fā)出某一頻率的光子d 原子要吸收某一頻率的光子 c 6 氫原子的量子數(shù)越小 則 a 電子的軌道半徑越小b 原子的能量越小c 原子的能量越大d 原子的電勢(shì)能越小 abd 7 一群氫原子處于n 3的激發(fā)態(tài)時(shí) 它從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)輻射的光子能量是 a 只能是1 89evb 只能是12 09evc 可能是1 89ev或12 09evd 可能是1 89ev 10 2ev或12 09ev d 解 由 e1 13 6ev可知 1 51ev e2 3 4ev 所以e3 e2 1 89ev e3 e1 12 09ev e2 e1 10 2ev 故可能發(fā)出三種能量值的光子 8 2011年高考大綱全國(guó)卷 已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為e1 激發(fā)態(tài)能量en e1 n2 其中n 2 3 用h表示普朗克常量 c表示真空中的光速 能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長(zhǎng)為 a b c d c 9 用能量為12 30ev的光