高考物理总复习3.2原子结构3.2.4玻尔的原子模型学案新人教版.docx

3.2.4玻尔的原子模型学习目标核心提炼1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。4.了解玻尔模型的不足之处及其原因。1个模型玻尔的原子模型1个应用玻尔理论对氢光谱的解释一、玻尔原子理论的基本假设1.轨道量子化(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是B(A.连续变化B.量子化)的。(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。2.定态(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。3.跃迁：当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，mn)时，会放出能量为h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn，该式被称为频率条件，又称辐射条件。反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定。思考判断(1)玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点。()(2)玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。()(3)当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子。()答案(1)(2)(3)二、玻尔理论对氢光谱的解释1.氢原子的能级图(如图1)图12.解释巴耳末公式(1)按照玻尔理论，原子从高能级(如从E3)跃迁到低能级(如到E2)时辐射的光子的能量为hE3E2。(2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好。3.解释气体导电发光：通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的，原子受到电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。4.解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。5.解释不同原子具有不同的特征谱线：不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。思考判断(1)玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末线系。()(2)处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子。()(3)不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。()答案(1)(2)(3)三、玻尔理论的局限性1.玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。2.玻尔理论的局限性：保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。3.电子云：原子中电子的坐标没有确定的值，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少，如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，故称电子云。思考判断(1)玻尔第一次提出了量子化的观念。()(2)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。()(3)电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。()答案(1)(2)(3)玻尔原子理论的基本假设要点归纳1.轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。(2)氢原子中电子轨道的最小半径为r10.053 nm，其余轨道半径满足rnn2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。2.能量量子化(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。(2)基态：电子在离核最近的轨道上运动的能量状态，基态能量E113.6 eV。(3)激发态：电子在离核较远的轨道上运动时的能量状态，其能量值EnE1(E113.6 eV，n1，2，3，)3.跃迁与频率条件原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级Em低能级En。精典示例例1 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有()A.原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射或吸收一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率审题指导解答本题应注意以下三点：(1)玻尔原子模型的轨道量子化假设。(2)能量量子化假设。(3)跃迁理论。解析选项A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，电子跃迁时辐射光子的频率由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn，故选项D错误，A、B、C正确。答案ABC针对训练1 (多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是()A.核外电子运动轨道半径可取任意值B.氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C.电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hEmEn(mn)D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，选项A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，选项B正确；由跃迁规律可知选项C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，选项D错误。答案BC玻尔理论对氢光谱的解释和波尔模型的局限性要点归纳1.对能级图的理解由En知，量子数越大，能级差越小，能级横线间的距离越小。n1是原子的基态，n是原子电离时对应的状态。2.跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足h|EmEn|，h|EmEn|。3.大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射种不同频率的光，一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n1)种频率的光子。4.玻尔原子模型的局限性(1)保留了经典理论，把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。(2)没有认识到电子的波粒二象性，即电子出现的位置是一种几率情况。精典示例例2 用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为3、2、1的三条谱线，且321，则()A.01 B.321C.0123 D.审题指导(1)根据光谱线条数确定氢原子受激发所达到的最高能级。(2)判断所有可能的跃迁。解析大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，h3h2h1，解得321，选项B正确。答案B针对训练2 氢原子的四个能级，其中E1为基态。若大量的氢原子A处于激发态E2，大量的氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()图2A.原子A可能辐射出3种频率的光子B.原子B可能辐射出3种频率的光子C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析氢原子从激发态n跃迁到基态过程中可发出的光子种数为，则原子A只能发出一种光子，原子B能发出3种光子，故选项A错误，B正确；又由玻尔理论知，氢原子跃迁到高能级时，只能吸收特定频率的光子，则选项C、D错误。答案B1.根据玻尔的原子结构模型，原子中电子绕核运转的轨道半径()A.可以取任意值B.可以在某一范围内取任意值C.可以取不连续的任意值D.是一些不连续的特定值解析按玻尔的原子理论：原子的能量状态对应着电子不同的运动轨道，由于原子的能量状态是不连续的，则其核外电子的可能轨道是分立的，且是特定的，故上述选项只有选项D正确。答案D2.(多选)如图3所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，则下列判断中正确的是()图3A.能量和频率最大、波长最短的是B光子B.能量和频率最小、波长最长的是C光子C.频率关系为BAC，所以B的粒子性最强D.波长关系为BAC解析从图中可以看出电子在三种不同能级跃迁时，能级差由大到小依次是B、A、C，所以B光子的能量和频率最大，波长最短；能量和频率最小、波长最长的是C光子，所以频率关系式BAC，波长关系是BAC，所以B光子的粒子性最强，故选项A、B、C正确，D错误。答案ABC3.(多选)用光子能量为E的光束照射容器中的氢气，氢原子吸收光子后，能发射频率为1、2、3的三种光子，且123。入射光束中光子的能量应是()A.h3 B.h(12)C.h(23) D.h(123)解析氢原子吸收光子后发射三种频率的光，可知氢原子由基态跃迁到了第三能级，能级跃迁如图所示，由图可知该氢原子吸收的能量为h3或h(12)。答案AB4.氢原子处于基态时，原子能量E113.6 eV，普朗克常量取h6.61034 Js。(1)处于n2激发态的氢原子，至少要吸收多大能量的光子才能电离？(2)今有一群处于n4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同频率的光子？其中最小的频率是多少？(结果保留2位有效数字)解析(1)E2E13.4 eV则处于n2激发态的氢原子，至少要吸收3.4 eV能量的光子才能电离。(2)根据C6知，一群处于n4激发态的氢原子最多能辐射出的光子种类为6种。n4n3时，光子频率最小为min，则E4E3hmin，代入数据，解得min1.61014 Hz。答案(1)3.4 eV(2)6种1.61014 Hz1.处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A.1种 B.2种 C.3种 D.4种解析一群处于n3能级上的氢原子跃迁时，辐射光的频率有NC3种，选项C正确。答案C2.一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子 ()A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，A、C、D错误。答案B3.氢原子的能级图如图1所示，已知可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV。下列说法错误的是()图1A.处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B.大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C.大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光D.大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光解析紫外线的频率比可见光的高，因此紫外线光子的能量应大于3.11 eV，而处于n3能级的氢原子其电离能仅为1.51 eV3.11 eV，所以处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离。选项A正确；从高能级跃迁到n3发出的光子的能量最大值为1.51 eV1.62 eV，属于红外线，具有显著的热效应，选项B正确；大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁可发出6种不同频率的光，其中n4到n2，n3到n2在可见光范围内，故选项C正确，D错误。答案D4.根据玻尔理论，某原子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为的光。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E等于()A.Eh B.EhC.Eh D.Eh解析释放的光子能量为hh，所以EEhEh。答案C5.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A.吸收光子的能量为h1h2B.辐射光子的能量为h1h2C.吸收光子的能量为h2h1D.辐射光子的能量为h2h1解析由于氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，可知能级k最高、n最低，所以氢原子从能级k跃迁到能级m，要辐射光子的能量为h2h1，选项D正确，A、B、C错误。答案D6.关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是()A.它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B.它发展了卢瑟福的核式结构学说C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子理论解析玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故选项A错误，B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故选项C错误，D正确。答案BD7.氢原子核外电子从外层轨道(半径为rb)向内层轨道(半径为ra)跃迁时(rarb)，电子动能的增量EkEkaEkb，电势能增量EpEpaEpb，则下列表述正确的是()A.Ek0，Ep0，EkEp0B.Ek0，EkEp0C.Ek0，Ep0D.Ek0，Ep0，EkEp0；由于核外电子和核内质子有相互的吸引力，当电子从外层轨道向内层轨道跃迁时，电场力做正功，电势能减小，所以Ep0；又由于内层轨道比外层轨道原子的能级低，所以EkEp2.25 eV，从n2跃迁到n1辐射的光子能量为13.6 eV3.4 eV10.2 eV2.25 eV，从n3跃迁到n2辐射的光子能量为3.4 eV1.51 eV1.89 eV2.25 eV，所以能发生光电效应的光有两种，故选项B错误；从n3跃迁到n1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，根据光电效应方程得，EkmhW012.09 eV2.25 eV9.84 eV。故选项C、D正确。答案ACD10.能量为Ei的光子照射基态氢原子，