人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學案1：4 4 第2課時 玻爾理論對氫光譜的解釋 氫原子能級躍遷

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE14.4第2課時玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷〖學習目標〗1.能用玻爾理論解釋氫原子光譜．了解玻爾理論的不足之處和原因.2.進一步加深對玻爾理論的理解，會計算原子躍遷過程中吸收或放出光子的能量.3.知道使氫原子電離的方式并能進行有關計算．〖知識梳理〗知識點一、玻爾理論對氫光譜的解釋1．氫原子的能級圖：2．解釋巴耳末公式：(1)按照玻爾理論，原子從高能級(如從E3)躍遷到低能級(如到E2)時輻射的光子的能量為________．(2)巴耳末公式中的正整數n和2正好代表能級躍遷之前和之后所處的________的量子數n和2.并且理論上的計算和實驗測量的________符合得很好．3．解釋氣體導電發(fā)光：通常情況下，原子處于________，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________，處于激發(fā)態(tài)的原子是________的，會自發(fā)地向能量較低的能級________，放出________，最終回到基態(tài)．4．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________，由于原子的能級是________的，所以放出的光子的能量也是________的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線．5．解釋不同原子具有不同的特征譜線：不同的原子具有不同的結構，________各不相同，因此輻射(或吸收)的________也不相同．拓展：玻爾原子模型的意義與不足．(1)玻爾原子模型的意義①正確地指出原子能級的存在(原子能量量子化)；②正確地指出定態(tài)和角動量量子化的概念；③正確地解釋了氫原子及類氫離子光譜．(2)玻爾原子模型的不足①無法解釋比氫原子更復雜的原子的光譜現象；②把微觀粒子的運動視為有確定的軌道是不正確的；③是半經典半量子理論，存在邏輯上的缺點，即把微觀粒子看成是遵守經典為學的質點，同時，又賦予它們量子化的特征．知識點二、玻爾理論的局限性1．玻爾理論的成功之處：玻爾理論第一次將________引入原子領域，提出了__________和________的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律．2．玻爾理論的局限性：保留了________的觀念，仍然把電子的運動看作經典力學描述下的________．3．電子云：原子中電子的坐標沒有____的值，我們只能說某時刻電子在某點附近單位體積內出現的____是多少，如果用疏密不同的點表示電子在各個位置出現的概率，畫出圖來就像云霧一樣，故稱________．〖課堂探究〗要點一玻爾理論與氫原子的躍遷規(guī)律1．躍遷：(1)能量差決定因素：原子從一種定態(tài)(設能量為Em)躍遷到另一種定態(tài)(設能量為En)時，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，高能級Em＝eq\o(,\s\up10(發(fā)射光子hν＝Em－En),\s\do10(吸收光子hν＝Em－En))低能級En.(2)躍遷特點：電子如果從一個軌道到另一個軌道，不是以螺旋線的形式改變半徑大小的，而是從一個軌道上“跳躍”到另一個軌道上．2．兩類躍遷規(guī)律(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子．光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差hν＝ΔE.②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可．E外≥ΔE.能級躍遷時應注意的問題①直接躍遷與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，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷，兩種情況下輻射(或吸收)光子的頻率不同．題型1氫原子的躍遷規(guī)律例1已知類氫結構氦離子(He＋)的能級圖如圖所示，根據能級躍遷理論知()A．氦離子(He＋)處于n＝1能級時，能吸收45eV的能量躍遷到n＝2能級B．大量處于n＝3能級的氦離子(He＋)向低能級躍遷，只能發(fā)出2種不同頻率的光子C．氦離子(He＋)從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出光子的波長大D．若氦離子(He＋)從n＝2能級躍遷到基態(tài)，釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應，則從n＝4能級躍遷到n＝2能級釋放的光子一定也能使該金屬板發(fā)生光電效應②一個原子和一群原子氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果是大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現了，即：一群氫原子處于量子數為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜條數為N＝eq\f(nn－1,2)＝Ceq\o\al(2,n)，而一個氫原子處于量子數為n的激發(fā)態(tài)上時，最多可輻射出(n－1)條光譜線．③躍遷與電離．躍遷是指原子從一個定態(tài)到另一個定態(tài)的變化過程，而電離則是指原子核外的電子獲得一定能量掙脫原子核的束縛成為自由電子的過程；而只要大于電離能的任何光子的能量都能被吸收．題型2躍遷過程中的原子的能量問題例2根據波爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道后()A．原子的能量增加，電子的動能減少B．原子的能量增加，電子的動能增加C．原子的能量減少，電子的動能減少D．原子的能量減少，電子的動能增加『點石成金』：①吸收光子，原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，能量增加，但電子的動能減少，電勢能增加．②放出光子，原子由激發(fā)態(tài)躍遷到低能級，能量減少，電子的動能增加，電勢能減少．〖課堂達標〗1．氫原子能級示意圖如圖所示．氫原子由高能級向低能級躍遷時，從n＝4能級躍遷到n＝2能級所放出的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應，則處在n＝4能級的一大群氫原子躍遷時所放出的光子中共有幾種光子能使該金屬發(fā)生光電效應()A．2B．3C．4D．82.(多選)氦原子被電離出一個核外電子，形成類氫結構的氦離子．已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子能級的示意圖如圖所示．在具有下列能量的粒子中，能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．54.4eV(光子) B．50.4eV(光子)C．48.4eV(電子) D．42.8eV(光子)3.一個氫原子從量子數n＝2的能級躍遷到量子數n＝3的能級，該氫原子()A．吸收光子，能量增加B．放出光子，能量減少C．放出光子，能量增加D．吸收光子，能量減少4．大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子輻射出多條譜線，其中最長和最短波長分別為λ1和λ2，則該激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為________，波長為λ1的光子的動量為________．(已知普朗克常量為h，光速為c)

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識梳理〗一、2.(1)hν＝E3－E2(2)定態(tài)軌道里德伯常量3．基態(tài)激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定躍遷光子4．兩個能級差分立分立5．能級光子頻率二、1.量子觀念定態(tài)躍遷2．經典粒子軌道運動3．確定概率電子云〖課堂探究〗要點一例1〖解析〗A錯：由hν＝E2－E1，得，吸收光子能量為40.8eV.B錯：大量處于n＝3能級的氦離子躍遷發(fā)出N＝Ceq\o\al(2,3)＝3種光子．C對：由hν＝En－Em，EⅠ＝E4－E3<EⅡ＝E3－E2，故EⅠ光子的波長應大于EⅡ光子的波長．D錯：EⅢ＝－13.6eV－(54.4eV)＝40.8eV，EⅣ＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV<EⅢ，故EⅣ光子不一定能使金屬板發(fā)生光電效應．〖答案〗C例2〖解析〗電子由外層軌道躍遷到內層軌道時，放出光子，總能量減小；由eq\f(kQq,r2)＝meq\f(v2,r)可知，半徑越小，動能越大．〖答案〗D〖課堂達標〗1．〖解析〗氫原子由n＝4能級躍遷到n＝2能級所放出的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應，則從n＝4→n＝1、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1、n＝4→n＝2能級差大于或等于從n＝4到n＝2的能級差，則有4種光子能使該金屬發(fā)生光電效應．〖答案〗C2.〖解析〗由玻爾理論知，基態(tài)的氦離子要實現躍遷，入射光子的能量(光子能量不可分)應該等于氦離子在某激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差，因此只有能量恰好等于兩能級差的光子才能被氦離子吸收；而實物粒子(如電子)只要能量不小于兩能級差，均可能被吸收．氦離子在圖示的各激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為ΔE1＝E∞－E1＝0－(－54.4eV)＝54.4eVΔE2＝E4－E1＝〖－3.4－(－54.4)〗eV＝51.0eVΔE3＝E3－E1＝〖－6.0－(－54.4)〗eV＝48.4eVΔE4＝E2－E1＝〖－13.6－(－54.4)〗eV＝40.8eV可見，50.4eV和42.8eV的光