沪科版选修35 量子论视野下的原子模型 课件 （共40张）.pptx

第3章 3 3量子论视野下的原子模型 学习目标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 会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量 3 能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 玻尔原子理论的基本假设 1 按照经典理论 核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动 我们知道 库仑引力和万有引力形式上有相似之处 电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处 那么若将卫星 地球模型缩小是否就可以变为电子 原子核模型呢 答案 答案不可以 在玻尔理论中 电子的轨道半径只可能是某些分立的数值 而卫星的轨道半径理论上可按需要任意取值 2 氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么 它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系 答案 答案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 其能量记为en 时 会放出能量为h 的光子 h是普朗克常量 这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定 即h em en m n 当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态 吸收的光子的能量同样由上式决定 1 轨道量子化 1 轨道半径只能够是某些 的数值 2 氢原子的电子最小轨道半径r1 0 053nm 轨道半径满足rn n为量子数 n 2 能级 1 能级 在玻尔模型中 原子的能量状态是 因而各定态的能量只能取一些分立值 我们把原子在 的能量值叫做原子的能级 分立 n2r1 1 2 3 不连续的 各定态 2 基态和激发态 基态 在正常状态下 原子处于能量 的状态 这时电子在离核最 的轨道上运动 这一定态叫做 激发态 电子在其他轨道上运动时的定态叫做 3 能量量子化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 原子各能级 en e1 e1 13 6ev n 1 2 3 最低 基态 激发态 近 3 光子的发射和吸收 1 光子的发射 原子从高能级 em 向低能级 en 跃迁时会 光子 放出光子的能量h 与始末两能级em en之间的关系为 h 2 光子的吸收 原子吸收光子后可以从 跃迁到 高能级em低能级en 发射 em en 低能级 高能级 判断下列说法的正误 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 4 处于能级越高的氢原子 向低能级跃迁时释放的光子能量越大 二 原子的能级跃迁问题 根据氢原子的能级图 说明 1 氢原子从高能级向低能级跃迁时 发出的光子的频率如何计算 答案 答案氢原子辐射光子的能量决定于两个能级差h em en n m 2 如图1所示是氢原子的能级图 一群处于n 4的激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出多少种频率不同的光子 答案 图1 答案氢原子能级跃迁图如图所示 从图中可以看出最多能辐射出6种频率不同的光子 它们分别是n 4 n 3 n 4 n 2 n 4 n 1 n 3 n 2 n 3 n 1 n 2 n 1 3 由于原子的能级是不连续的 所以辐射的光子的能量也是 从光谱上看 原子辐射光波的频率只有若干分立的值 1 氢原子能级图 如图2所示 2 各种物质的原子结构不同 也就各不相同 它们可以发射的 也不相同 每种元素的原子发出的光都有自己的特征 因而有自己的 能级分布 光的频率 原子光谱 不连续的 图2 判断下列说法的正误 1 玻尔理论能很好地解释氢原子的光谱 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 答案 1 玻尔理论成功之处在于第一次将量子化的思想引入原子领域 提出了定态和跃迁的概念 成功解释了氢原子光谱 2 它的局限性在于过多的保留了经典粒子的观念 三 玻尔理论的局限性 玻尔理论的成功之处在哪儿 为什么说它又有局限性 1 玻尔理论的成就玻尔理论第一次将 引入原子领域 提出了能级和跃迁的概念 成功解释了 光谱的实验规律 2 玻尔理论的局限性没有彻底摆脱 的束缚 对比较复杂的原子光谱无法解释 3 电子云原子中电子的运动并没有确定的 而是可以出现在原子内的整个核外空间 只是在不同的地方出现的 不同 如果用疏密不同的点表示电子在各处出现的 画出图来 就像 一样 人们把它叫做 量子观念 经典物理学 氢原子 轨道 概率 概率 云雾 电子云 判断下列说法的正误 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很好地解释了氦原子的光谱现象 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 题型探究 例1 多选 玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有a 原子处在具有一定能量的定态中 虽然电子做变速运动 但不向外辐射能量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 解析 答案 一 对玻尔原子模型的理解 解析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 是经典理论与量子化概念的结合 原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核运动的频率无关 例2氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中a 原子要吸收光子 电子的动能增大 原子的电势能增大b 原子要放出光子 电子的动能减小 原子的电势能减小c 原子要吸收光子 电子的动能增大 原子的电势能减小d 原子要吸收光子 电子的动能减小 原子的电势能增大 解析 答案 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h em en m n 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 答案 解析根据玻尔理论 核外电子运动的轨道半径是一些确定的值 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 原子的能量及变化规律 1 原子的能量 en ekn epn 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 4 电子的轨道半径增大时 说明原子吸收了光子 从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上 即电子轨道半径越大 原子的能量越大 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 n 1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 em en h em en 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n激发态的氢原子向基态跃迁时 最多可辐射 n 1 种频率的光子 二 氢原子的跃迁规律分析 c 一群处于n 3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d 用波长为633nm的光照射 不能使氢原子从n 2跃迁到n 3的能级 例3 多选 氢原子能级图如图3所示 当氢原子从n 3跃迁到n 2的能级时 辐射光的波长为656nm 以下判断正确的是a 氢原子从n 2跃迁到n 1的能级时 辐射光的波长大于656nmb 用波长为325nm的光照射 可使氢原子从n 1跃迁到n 2的能级 图3 解析 答案 解析能级间跃迁辐射 吸收 的光子能量等于两能级间的能级差 能级差越大 辐射 吸收 的光子频率越大 波长越小 a错误 由em en h 可知 b错误 d正确 根据 3可知 c正确 针对训练2如图4所示为氢原子的能级图 用光子能量为13 06ev的光照射一群处于基态的氢原子 则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有a 15种b 10种c 4种d 1种 图4 解析 答案 解析基态的氢原子的能级值为 13 6ev 吸收13 06ev的能量后变成 0 54ev 原子跃迁到n 5能级 由于氢原子是大量的 故辐射的光子种类是种 10种 原子跃迁时需要注意的两个问题 1 注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子 在某段时间内 由某一轨道跃迁到另一个轨道时 只能出现所有可能情况中的一种 但是如果有大量的氢原子 这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现 2 注意跃迁与电离 h em en只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况 对于光子和原子作用使原子电离的情况 则不受此条件的限制 如基态氢原子的电离能为13 6ev 只要大于或等于13 6ev的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离 只不过入射光子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 达标检测 1 根据玻尔理论 关于氢原子的能量 下列说法中正确的是a 是一系列不连续的任意值b 是一系列不连续的特定值c 可以取任意值d 可以在某一范围内取任意值 1 2 3 答案 4 2 氢原子辐射出一个光子后 根据玻尔理论 下列判断正确的是a 电子绕核旋转的轨道半径增大b 电子的动能减少c 氢原子的电势能增大d 氢原子的能级减小 解析氢原子辐射出光子后 由高能级跃迁到低能级 轨道半径减小 电子动能增大 此过程中库仑力做正功 电势能减小 解析 答案 1 2 3 4 3 多选 如图5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a 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 b a cd 波长关系为 b a c 解析 答案 图5 1 2 3 4 解析从图中可以看出电子在三种不同能级之间跃迁时 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 所以频率关系是 b a c 波长关系是 b a c 故选项a b c正确 d错误 1 2 3 4 4 氢原子处于基态时 原子能量e1 13 6ev 普朗克常量取h 6 6 10 34j s 1 处于n 2激发态的氢原子 至少要吸收多大能量的光子才能电离 答案3 4ev 解析e2 3