高中地理 1.1 地球的宇宙環(huán)境課件 湘教版必修1 (67)

1、4玻爾的原子模型玻爾的原子模型情情 景景 導(dǎo)導(dǎo) 入入 霓虹燈發(fā)出的光,線條結(jié)構(gòu)豐富,色彩鮮艷、絢麗多姿,形狀、色彩變幻莫測(cè),令人賞心悅目。一幅幅流動(dòng)的畫(huà)面,似天上彩虹,像人間銀河,更酷似一個(gè)夢(mèng)幻世界,使人難以忘懷。霓虹燈是一種增添節(jié)日歡快氣氛和進(jìn)行廣告宣傳的最佳光源,霓虹燈的亮、美、動(dòng)特點(diǎn),在各類新型光源中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。同學(xué)們,你們知道霓虹燈的發(fā)光原理嗎?一二三填一填練一練一、玻爾原子理論的基本假設(shè)(見(jiàn)課本第57頁(yè))1.玻爾原子模型(1)原子中的電子在庫(kù)侖引力的作用下,繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)。(2)電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道是量子化的。(3)電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的,不產(chǎn)生電磁輻射。2.定態(tài)(1)當(dāng)

2、電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),原子處于不同的狀態(tài)中,具有不同的能量,即原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級(jí)。(2)原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài),稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài),其他的能量狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。一二三填一填練一練3.躍遷當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為Em )躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為En,mn)時(shí),會(huì)放出能量為h的光子,該光子的能量h=Em-En,該式被稱為頻率條件,又稱輻射條件。反之會(huì)吸收光子。一二三填一填練一練二、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋(見(jiàn)課本第58頁(yè))1.氫原子的能級(jí)圖 一二三填一填練一練2.解釋巴耳末公式(1)按照玻爾理論,原子從高能級(jí)(如從E3)躍

3、遷到低能級(jí)(如到E2)時(shí)輻射的光子的能量為h=E3-E2。(2)巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級(jí)躍遷之前和之后所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2。并且理論上的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的里德伯常量符合得很好。3.解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光通常情況下,原子處于基態(tài),基態(tài)是最穩(wěn)定的,原子受到電子的撞擊,有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài),處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷,放出光子,最終回到基態(tài)。一二三填一填練一練4.解釋氫原子光譜的不連續(xù)性原子從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量等于前后 兩能級(jí)差,由于原子的能級(jí)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。5.解釋不同原

4、子具有不同的特征譜線不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu),能級(jí)各不相同,因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。一二三填一填練一練三、玻爾模型的局限性(見(jiàn)課本第59頁(yè))1.玻爾理論的成功之處:玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域,提出了定態(tài)和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.玻爾理論的局限性:對(duì)更復(fù)雜的原子發(fā)光,玻爾理論卻無(wú)法解釋,它的不足之處在于過(guò)多地保留了經(jīng)典理論。把電子運(yùn)動(dòng)看成是經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。3.電子云:根據(jù)量子觀念,核外電子的運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律,而沒(méi)有固定的軌道,我們只能知道它們?cè)诤送饽程幊霈F(xiàn)的概率大小,畫(huà)出來(lái)的圖像就像云霧一樣,稠密的地方就是電子出現(xiàn)概率大的地方,把

5、它形象地稱作電子云。填一填練一練仔細(xì)觀察氫原子的光譜,發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線,其原因是()A.氫原子只有幾個(gè)能級(jí)B.氫原子只能發(fā)出平行光C.氫原子有時(shí)發(fā)光,有時(shí)不發(fā)光D.氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的,所以對(duì)應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的解析:光譜中的一條亮線對(duì)應(yīng)某一頻率的光,“分離不連續(xù)亮線”對(duì)應(yīng)著不連續(xù)的頻率的光,B、C錯(cuò)誤。氫原子在不同的能級(jí)之間躍遷時(shí),輻射不同能量的光子,并且滿足E=h。能量不同,相應(yīng)光子頻率不同,體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線,A錯(cuò)誤,D正確。答案:D探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究探究一玻爾理論的理解玻爾理論的理解如圖,分立軌道示意圖。(1)電子的軌道

6、有什么特點(diǎn)?(2)氫原子只有一個(gè)電子,電子在這些軌道間躍遷時(shí)會(huì)伴隨什么現(xiàn)象發(fā)生? 探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析玻爾的原子模型的主要內(nèi)容1.軌道量子化:軌道半徑只能夠是一些不連續(xù)的、某些分立的數(shù)值。氫原子各條可能軌道上的半徑rn=n2r1(n=1,2,3,)其中n是正整數(shù),r1是離核最近的可能軌道的半徑,r1=0.5310-10 m。其余可能的軌道半徑還有0.212 nm、0.477 nm,不可能出現(xiàn)介于這些軌道半徑之間的其他值。這樣的軌道形式稱為軌道量子化。2.能量量子化:(1)電子在可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),盡管是變速運(yùn)動(dòng),但它并不釋放能量,原子是穩(wěn)定的,

7、這樣的狀態(tài)也稱之為定態(tài)。探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析(2)由于原子的可能狀態(tài)(定態(tài))是不連續(xù)的,具有的能量也是不連續(xù)的。這樣的能量值,稱為能級(jí),能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài),其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài),對(duì)氫原子,以無(wú)窮遠(yuǎn)處為勢(shì)能零點(diǎn)時(shí),其能級(jí)公式其中E1代表氫原子的基態(tài)的能級(jí),即電子在離核最近的可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)原子的能量值,E1=-13.6 eV。n是正整數(shù),稱為量子數(shù)。量子數(shù)n越大,表示能級(jí)越高。探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析3.躍遷:原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為E2)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E1)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,即高能級(jí)Em 低能級(jí)E

8、n?？梢?jiàn),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)象叫作電子的躍遷。探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題1】 由玻爾理論可知,下列說(shuō)法中正確的是()A.電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度,就要向外輻射電磁波B.處于定態(tài)的原子,其電子做變速運(yùn)動(dòng),但它并不向外輻射能量C.原子內(nèi)電子的可能軌道是連續(xù)的D.原子的軌道半徑越大,原子的能量越大解析:按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn),電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度,一定會(huì)向外輻射電磁波,很短時(shí)間內(nèi)電子的能量就會(huì)消失,與客觀事實(shí)相矛盾,由玻爾假設(shè)可知選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤,B正確;原

9、子軌道半徑越大,原子能量越大,選項(xiàng)D正確。答案:BD探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練1根據(jù)玻爾理論,下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()A.若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí),氫原子要輻射的光子能量為h=EnB.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),若圓周運(yùn)動(dòng)的頻率為,則其發(fā)光的頻率也是C.一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道,已知rarb,則此過(guò)程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后,將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光子能量等于能級(jí)差,與En不同,故A錯(cuò)誤;電子沿某一軌

10、道繞核運(yùn)動(dòng),處于某一定態(tài),不向外輻射光子,故B錯(cuò)誤;電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道,能級(jí)降低,因而要輻射某一頻率的光子,故C正確;原子吸收光子后能量增加,能級(jí)升高,故D錯(cuò)誤。答案:C探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究探究二氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和躍遷問(wèn)題的理解氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和躍遷問(wèn)題的理解如圖,氫原子能級(jí)圖。 (1)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí),氫原子的能量是多少?(2)如果氫原子吸收的能量大于13.6 eV,會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象? 探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析1.能級(jí)圖的理解(1)能級(jí)圖中n稱為量子數(shù),E1代表氫原子的基

11、態(tài)能量,即量子數(shù)n=1時(shí)對(duì)應(yīng)的能量,其值為-13.6 eV。En代表電子在第n個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。(2)作能級(jí)圖時(shí),能級(jí)橫線間的距離和相應(yīng)的能級(jí)差相對(duì)應(yīng),能級(jí)差越大,間隔越寬,所以量子數(shù)越大,能級(jí)越密,豎直線的箭頭表示原子躍遷方向,長(zhǎng)度表示輻射光子能量的大小,n=1是原子的基態(tài),n是原子電離時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。2.能級(jí)躍遷處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷,經(jīng)過(guò)一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。所以一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí),可能輻射出的光譜線條數(shù)為探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析3.光子的發(fā)射原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)以光子的形式放出能量,發(fā)射光子的頻率由下式?jīng)Q定。h=Em-

12、En(Em、En是始末兩個(gè)能級(jí)且mn)能級(jí)差越大,放出光子的頻率就越高。4.使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子光子與實(shí)物粒子(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,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,則可激發(fā)到n能級(jí)的問(wèn)題。(2)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如,自由電子)的能量而被激發(fā),由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于兩能級(jí)的能量差值(E=En-Ek),就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析5.原子的能量及變化規(guī)律(1)原子中的能量:En=Ekn+Epn。(3)當(dāng)電子的軌道半徑增大時(shí)

13、,庫(kù)侖引力做負(fù)功,原子的電勢(shì)能增大,反之電勢(shì)能減小。電子在可能的軌道上繞核運(yùn)動(dòng)時(shí),r增大,則Ek減小,Ep增大,E增大;反之,r減小,則Ek增大,Ep減小,E減小,與衛(wèi)星繞地球運(yùn)行相似。探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題2】用能量為12.75 eV的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子,已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量E1=-13.6 eV,普朗克常量h=6.6310-34 Js,則:(1)這群氫原子的光譜共有幾條譜線?(2)這群氫原子發(fā)出的光子的最大頻率是多少?(3)這群氫原子發(fā)出的光子的最長(zhǎng)波長(zhǎng)是多少?點(diǎn)撥:解答本題可按以下思路分析:由躍遷的可能值 確定譜線條數(shù)由躍遷情況確定能級(jí)差最值根據(jù)能級(jí)差的最值

14、確定頻率和波長(zhǎng)的最值探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:(1)處于基態(tài)的氫原子吸收光子后,被激發(fā)到n=4的激發(fā)態(tài),這群氫原子的能級(jí)如圖所示,由圖可以判斷,這群氫原子可能發(fā)生的躍遷共有6種,所以它們的譜線共有6條。也可由 =6直接求得。探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析(2)頻率最高的光子能量最大,對(duì)應(yīng)的躍遷能級(jí)差也最大,即從n=4躍遷到n=1發(fā)出的光子能量最大,根據(jù)玻爾第二假設(shè),發(fā)出光子的能量代入數(shù)據(jù),解得3.11015 Hz。(3)波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子能量最小。對(duì)應(yīng)的躍遷的能級(jí)差也最小。即從n=4躍遷到n=31.88410-6 m。答案:(1)6條(2)3.11015 Hz(3)1.884

15、10-6 m探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練2如圖,氫原子的能級(jí)圖,在具有下列能量的光子或者電子中,不能讓基態(tài)氫原子吸收能量而發(fā)生躍遷的是()A.13 eV的光子B.13 eV的電子C.10.2 eV的光子D.10.2 eV的電子探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:基態(tài)氫原子吸收13 eV的光子,能量為-13.6 eV+13 eV=-0.6 eV,該光子不能被吸收而發(fā)生躍遷;基態(tài)氫原子與13 eV的電子碰撞,可能只有部分能量被吸收,躍遷到第2、3或者4能級(jí);基態(tài)氫原子吸收10.2 eV的光子,能量為-13.6 eV+10.2 eV=-3.4 eV,該光子能被吸收而躍遷到第2能

16、級(jí),基態(tài)氫原子與10.2 eV的電子碰撞,能量可以全部被吸收,躍遷到第2能級(jí)。綜上所述,符合本題的選項(xiàng)為A。答案:A探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練3氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1=0.5310-10 m,能量E1=-13.6 eV。求氫原子處于基態(tài)時(shí):(1)電子的動(dòng)能;(2)原子的電勢(shì)能。(2)因?yàn)镋1=Ek1+Ep1,所以Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV。答案:(1)13.6 eV(2)-27.2 eV探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二問(wèn)題導(dǎo)引名師精講典例剖析123451.關(guān)于玻爾的原子模型,下列說(shuō)法中正確的有()A.它徹底地否

17、定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)B.它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)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解析:玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級(jí)躍遷,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;它的成功在于引入了量子化理論,缺點(diǎn)是過(guò)多地引入經(jīng)典力學(xué),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。答案:BD123452.原子的能量量子化現(xiàn)象是指()A.原子的能量是不可以改變的B.原子的能量與電子的軌道無(wú)關(guān)C.原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的D.原子具有分立的能級(jí)解析:根據(jù)玻爾理論,原子處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,這些能量值稱為能級(jí),原子不同的能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的軌道,故選項(xiàng)C、D正確。答案:CD123453.

18、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)地直接躍遷到一個(gè)半徑為rb的圓軌道上,rarb,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解析:由于氫原子外面只有一個(gè)電子,因此只能處在某一可能軌道,而且發(fā)生躍遷時(shí)只能吸收或輻射一定能量的光子,即h=E。由rarb可知原子輻射光子,而且光子的頻率為 。答案:C123454.氫原子的能級(jí)如圖所示,已知可見(jiàn)光的光子能量范圍為1.62 eV3.11 eV。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.處于n=3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并發(fā)生電離B.大量氫原子從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C.大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),可能發(fā)出6種不同頻率的光D.大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),可能發(fā)出3種不同頻率的可見(jiàn)光12345解析:大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),共可發(fā)出6種頻率的光,其中在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的有n=4到n=2和n=3到n=2兩種,故C項(xiàng)說(shuō)法正確,D項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤。n=3能級(jí)能量為-1.51 eV,因紫外線能量大于1.51 eV,故紫外線可使處于n=3能級(jí)的