学沪科版选修35 3.3量子论视野下的原子模型 课件（2）（29张）.ppt

3 3量子论视野下的原子模型 一 玻尔提出原子模型的背景 卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了a粒子的散射实验 初步建立了原子结构的正确图景 但跟经典的电磁理论发生了矛盾 按照经典理论 电子在围绕原子核高速运转时 必然要向外辐射电磁波 因此辐射能量后的电子 将随着能量的减少 电子绕核运行的轨道半径也要减小 于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核 这样 原子也将 塌方 不再成为原子了 但事实上 原子的结构相当稳定 矛盾 1 原子的结构的稳定性 同时 按照经典电磁理论 电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于电子绕核运行的频率 随着运行轨道半径的不断变化 电子绕核运行的频率要不断变化 因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化 这样 大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱 矛盾 2 原子光谱的不连续性续性 以上矛盾表明 从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象 为了解决这个矛盾 1913年玻尔在卢瑟福学说的基础上 把普郎克的量子理论运用到原子系统上 提出了玻尔理论 二 玻尔理论的主要内容 1 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫定态 2 原子从一种定态 设能量为e初 跃迁到另一种定态 设能量为e终 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 3 原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的 玻尔的原子模型概括 hv e初 e未 en 三 玻尔计算出氢的电子的计算公式 rn n2r1 轨道半径 n 1 2 3 能量 n 1 2 3 式中r1 r1 0 53 10 10m e1 e1 13 6ev 分别代表第一条 即离核最近的 可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量 rn en分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量 n是正整数 叫量子数 四 氢原子的能级图 关于光谱线条数的说明 1 一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数 2 一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为 2 原子发光现象 原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程 是辐射能量的过程 这个能量以光子的形式辐射出去 这就是原子发光现象 1 能级 氢原子的各个定态的能量值 叫它的能级 3 激发态 除基态以外的能量较高的其他能级 叫做激发态 2 基态 在正常状态下 原子处于最低能级 这时电子在离核最近的轨道上运动 这种定态叫基态 五 原子发光机理 1 几个概念 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题 但是也有它的局限性 在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念 同时又应用了 粒子 轨道 等经典概念和有关牛顿力学规律 除了氢原子光谱外 在解决其他问题上遇到了很大的困难 六 玻尔模型的局限性 氦原子光谱 量子化条件的引进没有适当的理论解释 阅读课本58页 电子云 例题1 下面关于玻尔理论的解释中 不正确的说法是 a 原子只能处于一系列不连续的状态中 每个状态都对应一定的能量b 原子中 虽然核外电子不断做加速运动 但只要能量状态不改变 就不会向外辐射能量c 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 一定要辐射一定频率的光子d 原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道 并且这些轨道是不连续的 c 定态 例题2 按照玻尔理论 一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上 已知ra rb 则在此过程中 a 原子要发出一系列频率的光子b 原子要吸收一系列频率的光子c 原子要发出某一频率的光子d 原子要吸收某一频率的光子 c 原子的发光机制 例题3 按照波尔理论 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上 有关能量变化的说法中 正确的是 a 电子的动能变大 电势能变大 总能量变大b 电子的动能变小 电势能变小 总能量变小c 电子的动能变小 电势能变大 总能量不变d 电子的动能变小 电势能变大 总能量变大 d 注意 电子在不同轨道之间跳跃的过程中 电势能的变化大于其动能的变化 练习1 根据玻尔理论 氢原子中 量子数n越大 则下列说法中正确的是 a 电子轨道半径越大b 核外电子的速率越大c 氢原子能级的能量越大d 核外电子的电势能越大 acd 例题4 如图给出了氢原子的最低的四个能级 氢原子在这些能级之间跃迁 所辐射的光子的频率最多几种 其中最小频率是多少 最小波长又是多少 1 6种 2 最小频率对应能级差最小 3 最小波长对应最大能量差 9 75 10 8m 目的 能根据能级图画出辐射光子的多种可能 并能根据能级差判断出光子波长的大小 线越长 光子能量越大 例题5 处于基态的氢原子在某单色光的照射下 只能发出频率为的三种频率的光 且 则该照射光的光子的能量为 c 1 光子照射氢原子 原子吸收光子 电子由轨道1跃迁到轨道3上 原子由轨道1上的基态变成了轨道3上的激发态 氢原子发光的过程 2 原子在激发态上不稳定 所以要向低能态跃迁 辐射光子 光子的能量满足 a 3种b 4种c 5种d 6种 练习2 如图所示为氢原子的能级图 用大量能量为12 75ev的光子照射一群处于基态的氢原子 氢原子发射出不同波长的光波 其中最多包含有几种不同波长的光波 d 原子吸收光子后 能级 en 13 6ev 12 75ev 0 85ev e4 原子吸收光子后 跃迁到n 4的激发态上 注意原子的发光过程 a 13 6evb 12 09evc 10 2evd 3 4ev 练习3 如图所示为氢原子能级图 现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子 受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光 则照射氢原子的单色光的光子能量为 b 原子吸收光子后 跃迁到n 3的激发态上 a 在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种b 在照射中可能被吸收的光子能量只有3种c 照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种d 照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种 练习4 提高 如图所示为氢原子的能级图 现用光子能量介于10ev 12 9ev范围内的光去照射一群处于基态的氢原子 则下列说法中正确的是 bc 原子辐射或吸收的光子的能量必须满足 即10 2ev 12 09ev 12 75ev a 这群氢原子能发出三种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 2所发出的光波长最短b 这群氢原子能发出两种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 1所发出的光频率最小c 金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9 60evd 金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11 11ev 例题6 如图所示为氢原子能级图 一群氢原子处于n 3的激发态 在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子 用这些光照射逸出功为2 49ev的金属钠 说法正确的是 c 练习5 右图为氢原子能级的示意图 现有大量的氢原子处于n 的激发态 当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光 关于这些光下列说法正确的是 最容易表现出衍射现象的光是由n 能级跃到n 能级产生的 频率最小的光是由n 能级跃迁到n 能级产生的 这些氢原子总共可辐射出 种不同频率的光 用n 能级跃迁到n 能级辐射出的光照射逸出功为6 34 的金属铂能发生光电效应 d a 大量处在n 3的高能级的氢原子向n 3能级跃迁时 发出的光有一部分是可见光b 大量处在n 3能级的氢原子向n 2能级跃迁时 发出的光是紫外线c 大量处在n 3能级的氢原子向n 1能级跃迁时 发出的光都应具有显著的热效应d 处在n 3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离 例题7 如图所示为氢原子能级图 可见光的光子能量范围为1 62ev 3 11ev 下列说法正确的是 d 例题8 氦原子被电离一个核外电子 形成类氢结构的氦离子 已知基态的氦离子能量为e1 54 4ev 氦离子能级的示意图如图所示 在具有下列能量的光子中 不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 a40 8eve5 0b43 2eve4 3 4evc55 0eve3 6 0evd54 4eve2 13 6eve1 54 4ev b c d选项可使基态氦离子电离 课堂练习 1 对玻尔理论的下列说法中 正确的是 a 继承了卢瑟福的原子模型 但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设b 对经典电磁理论中关于 做加速运动的电荷要辐射电磁波 的观点提出了异议c 用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系d 玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的 abcd 2 下面关于玻尔理论的解释中 不正确的说法是 a 原子只能处于一系列不连续的状态中 每个状态都对应一定的能量b 原子中 虽然核外电子不断做加速运动 但只要能量状态不改变 就不会向外辐射能量c 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 一定要辐射一定频率的光子d 原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道 并且这些道是不连续的 c 3 根据玻尔理论 氢原子中 量子数n越大 则下列说法中正确的是 a 电子轨道半径越大b 核外电子的速率越大c 氢原子能级的能量越大d 核外电子的电势能越大 acd 4 根据玻尔的原子理论 原子中电子绕核运动的半径 a 可以取任意值b 可以在某一范围内取任意值c 可以取一系列不连续的任意值d 是一系列不连续的特定值 d 5 按照玻尔理论 一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上 已知ra rb 则在此过程中 a 原子要发出一系列频率的光子b 原子要吸收一系列频率的光子c 原子要发出某一频率的光子d 原子要吸收某一频率的光子 c 6 氢原子的量子数越小 则 a 电子的轨道半径越小b 原子的能量越小c 原子的能量越大d 原子的电势能越小 abd 7 一群氢原子处于n 3的激发态时 它从高能级跃迁到低能级时辐射的光子能量是 a 只能是1 89evb 只能是12 09evc 可能是1 89ev或12 09evd 可能是1 89ev 10 2ev或12 09ev d 解 由 e1 13 6ev可知 1 51ev e2 3 4ev 所以e3 e2 1 89ev e3 e1 12 09ev e2 e1 10 2ev 故可能发出三种能量值的光子 8 2011年高考大纲全国卷 已知氢原子的基态能量为e1 激发态能量en e1 n2 其中n 2 3 用h表示普朗克常量 c表示真空中的光速 能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为 a b c d c 9 用能量为12 30ev的光