高中物理 18.4玻尔的原子模型（精讲优练课型）课件 新人教版选修35.ppt

4玻尔的原子模型 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 的作用下 绕原子核做 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 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 的 不产生 库仑引力 圆周运动 b 稳定 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 的 这些量子化的能量值叫作 2 原子中这些具有确定能量的稳定状态 称为 能量最低的状态叫作 其他的状态叫作 量子化 能级 定态 基态 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 m n 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h 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 em en 判一判 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 提示 1 玻尔认为电子运行轨道是量子化的 轨道半径不是任意的 只有半径大小符合一定条件时 轨道才是有可能的 2 玻尔认为电子运行轨道是量子化的 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 会放出符合辐射条件的光子 二 玻尔理论对氢光谱的解释1 氢原子的能级图 2 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h 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 的量子数n和2 并且理论上的计算和实验测量的 符合得很好 e3 e2 定态轨道 里德伯常量 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 处于激发态的原子是 的 会自发地向能量较低的能级跃迁 放出 最终回到基态 激发态 不稳定 光子 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 由于原子的能级是 的 所以放出的光子的能量也是 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 各不相同 因此辐射 或吸收 的 也不相同 两能级差 分立 分立 能级 光子频率 判一判 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 提示 1 玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末线系 甚至预言氢原子的其他谱线 2 处于基态的原子是最稳定的 3 不同的原子具有不同的能级 原子跃迁时辐射的光子频率也不相同 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 引入原子领域 提出了 和 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 的观念 仍然把电子的运动看作经典力学描述下的 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 量子观念 定态 跃迁 经典粒子 轨道运动 电子云 判一判 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 提示 1 玻尔第一次将量子观念引入原子的领域 2 玻尔的原子理论模型成功地解释了氢原子的光谱规律 但对于稍微复杂的氦原子 玻尔理论则无法解释它的光谱现象 3 原子中电子的坐标没有确定的值 电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动 一 对玻尔理论的理解思考探究 如图所示为分立轨道示意图 1 电子的轨道有什么特点 2 氢原子只有一个电子 电子在这些轨道间跃迁时会伴随什么现象发生 提示 1 电子的轨道不是连续的 是量子化的 即只有半径的大小符合一定条件时 这样的半径才是有可能的 2 电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道时 会放出光子 当电子从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道时 会吸收光子 归纳总结 1 轨道量子化 轨道半径只能够是一些不连续的 某些分立的数值 氢原子各条可能轨道上的半径rn n2r1 n 1 2 3 其中n是正整数 r1是离核最近的可能的轨道半径 r1 0 53 10 10m 其余可能的轨道半径还有0 212nm 0 477nm 不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值 这样的轨道形式称为轨道量子化 2 能量量子化 1 电子在可能轨道上运动时 虽然是变速运动 但它并不释放能量 原子是稳定的 这样的状态也称之为定态 2 由于原子的可能状态 定态 是不连续的 具有的能量也是不连续的 这样的能量值 称为能级 能量最低的状态称为基态 基态最稳定 其他的状态叫作激发态 对氢原子 以无穷远处为势能零点时 其能级公式en e1 n 1 2 3 其中e1代表氢原子的基态的能级 即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值 e1 13 6ev n是正整数 称为量子数 量子数n越大 表示能级越高 3 原子的能量包括 原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能 3 跃迁 原子从一种定态 设能量为e2 跃迁到另一种定态 设能量为e1 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 高能级em低能级en 可见 电子如果从一个轨道到另一个轨道 不是以螺旋线的形式改变半径大小的 而是从一个轨道上 跳跃 到另一个轨道上 玻尔将这种现象叫作电子的跃迁 典例示范 多选 由玻尔理论可知 下列说法中正确的是 a 电子绕核运动有加速度 就要向外辐射电磁波b 处于定态的原子 其电子做变速运动 但它并不向外辐射能量c 原子内电子的可能轨道是连续的d 原子的轨道半径越大 原子的能量越大 解题探究 1 如何解释原子的稳定存在 2 怎样确定原子发光时光子的能量 提示 1 原子处在某一可能状态时不产生电磁辐射 2 原子发光时 辐射光子的能量等于两能级的能量差 正确解答 选b d 按照经典物理学的观点 电子绕核运动有加速度 一定会向外辐射电磁波 很短时间内电子的能量就会消失 与客观事实相矛盾 由玻尔假设可知选项a c错 b正确 原子轨道半径越大 原子能量越大 选项d正确 过关训练 1 多选 关于玻尔理论 以下叙述正确的是 a 原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动b 当原子处于激发态时 原子向外辐射能量c 只有当原子处于基态时 原子才不向外辐射能量d 不论当原子处于何种定态时 原子都不向外辐射能量 解析 选a d 据玻尔理论假设知选项a正确 不论原子处于何种定态 原子都不向外辐射能量 原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时 才辐射或吸收能量 所以选项b c错 d正确 2 2015 昆明高二检测 在氢原子光谱中 电子从较高能级跃迁到n 2能级发出的谱线属于巴耳末系 若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于巴耳末系 则这群氢原子自发跃迁时最多可能发出多少条不同频率的谱线 a 2b 5c 4d 6 解析 故d 氢原子光谱中只有两条属于巴耳末系 即是从n 3 n 4轨道跃迁到n 2轨道 故电子的较高能级应该是在n 4的能级上 然后从n 4向n 3 n 2 n 1跃迁 从n 3向n 2 n 1 从n 2向n 1跃迁 故这群氢原子自发跃迁时最多能发出 6条不同频率的谱线 补偿训练 1 多选 如图所示给出了氢原子的6种可能的跃迁 则它们发出的光 a a的波长最长b d的波长最长c f比d光子能量大d a频率最小 解析 选a c d 能级差越大 对应的光子的能量越大 频率越大 波长越小 2 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h em en 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 选b c 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 a错误 氢原子中的电子离原子核越远 能级越高 能量越大 b正确 由跃迁规律可知c正确 氢原子从激发态向基态跃迁的过程中 应辐射能量 d错误 二 氢原子的跃迁规律思考探究 如图所示为氢原子能级图 1 当氢原子处于基态时 氢原子的能量是多少 2 如果氢原子吸收的能量大于13 6ev 会出现什么现象 提示 1 当氢原子处于基态时 氢原子的能量最小 是 13 6ev 2 如果氢原子吸收的能量大于13 6ev 会出现电离现象 归纳总结 1 能级图的理解 1 能级图中n称为量子数 e1代表氢原子的基态能量 即量子数n 1时对应的能量 其值为 13 6ev en代表电子在第n个轨道上运动时的能量 2 作能级图时 能级横线间的距离和相应的能级差相对应 能级差越大 间隔越宽 所以量子数越大 能级越密 竖直线的箭头表示原子跃迁方向 长度表示辐射光子能量的大小 n 1是原子的基态 n 是原子电离时对应的状态 2 能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的 它会自发地向较低能级跃迁 经过一次或几次跃迁到达基态 所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数为3 光子的发射 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量 发射光子的频率由下式决定 h em en em en是始末两个能级且m n 能级差越大 放出光子的频率就越高 4 使原子能级跃迁的两种粒子 光子与实物粒子 1 原子若是吸收光子的能量而被激发 其光子的能量必须等于两能级的能量差 否则不被吸收 不存在激发到n能级时能量有余 而激发到n 1时能量不足 则可激发到n能级的问题 2 原子还可吸收外来实物粒子 例如 自由电子 的能量而被激发 由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值 e en ek 就可使原子发生能级跃迁 5 原子的能量及变化规律 1 原子中的能量 en ekn epn 2 氢原子中电子绕核运动时 3 当电子的轨道半径增大时 库仑引力做负功 原子的电势能增大 反之电势能减小 电子在可能的轨道上绕核运动时 r增大 则ek减小 ep增大 e增大 反之 r减小 则ek增大 ep减小 e减小 与卫星绕地球运行相似 典例示范 如图给出氢原子最低的四个能级 氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种 其中最低的频率为多少 保留两位有效数字 解题探究 1 求解辐射光子的光谱线条数的两种方法是什么 提示 利用跃迁规律直接在能级图上画出光谱线条数 利用数学上的组合公式求出 2 频率最低的光子对应的能级差有何特点 提示 频率最低的光子对应的能级差最小 正确解答 方法一 利用跃迁规律画出可能辐射光谱线条数 如图所示 共6种 方法二 利用数学中的组合公式计算辐射的光子的频率有 n 6 种 从n 4跃迁到n 3 能量差最小 辐射的光子的频率最低 由h e4 e3 得其频率为 答案 6种1 6 1014hz 过关训练 1 拓展延伸 典例示范 中能级差最大的能量是能级差最小的能量多少倍 解析 能级差最大的是从4能级跃迁到1能级 e e4 e1 0 85ev 13 6 ev 12 75ev能级差最小的是从4能级跃迁到3能级 e e4 e3 0 85ev 1 51 ev 0 66ev 19 倍 答案 19倍 2 2015 海南高考 氢原子基态的能量为e1 13 6ev 大量氢原子处于某一激发态 由这些氢原子可能发出的所有的光子中 频率最大的光子能量为 0 96e1 频率最小的光子的能量为ev 保留2位有效数字 这些光子可具有种不同的频率 解析 频率最大的光子能量为 0 96e1 即en 13 6ev 0 96 13 6ev 解得en 0 54ev即n 5 从n 5能级开始 根据可得共有10种不同频率的光子 从n 5到n 4跃迁的光子频率最小 根据e e4 e5可得频率最小的光子的能量为0 31ev 答案 0 3110 补偿训练 1 多选 欲使处于基态的氢原子激发或电离 下列措施可行的是 a 用10 2ev的光子照射b 用11ev的光子照射c 用14ev的光子照射d 用10ev的光子照射 解析 选a c 由氢原子的能级图可求得e2 e1 3 40ev 13 6 ev 10 2ev 即10 2ev是第二能级与基态之间的能量差 处于基态的氢原子吸收10 2ev的光子后将跃迁到第一激发态 可使处于基态的氢原子激发 a对 em e1 11ev 即不满足玻尔理论关于跃迁的条件 b错 要使处于基态的氢原子电离 照射光的能量须 13 6ev 而14ev 13 6ev 故14ev的光子可使基态的氢原子电离 c对 em e1 10ev 既不满足玻尔理论关于跃迁的条件 也不能使氢原子电离 d错 2 已知氢原子基态的电子轨道半径为r1 0 53 10 10m 基态的能级值为e1 13 6ev 1 有一群氢原子处于量子数n 3的激发态 画一能级图 在图上用箭头标明这些氢原子能发出几条光谱线 2 计算这几条光谱线中最长的波长 解析 1 这群氢原子的自发跃迁辐射会得到三条光谱线 如图所示 2 波长最长的光谱线是从n 3的能级向n 2的能级跃迁产生的 则有 e3 e2 6 58 10 7m答案 1 见解析 2 6 58 10 7m 误区警示 原子跃迁时需注意的几个问题 1 注意一群原子