第2章4玻尔的原子模型能级知识点讲解汇总附练习高中物理选修3-5Word版含

4.玻尔的原子模型

能级学习目标

知识脉络知道玻尔原子构造理论的主要内容．(重点)认识能级、跃迁、能量量子化及基态、激发态等看法．(重点)会用玻尔的原子构造理论解说氢光谱．(重点、难点)认识玻尔原子构造理论的意义.玻尔的原子构造理论[先填空]1．玻尔原子构造理论的主要内容电子环绕原子核运动的轨道不是随意的，而是一系列分立的、特定的轨道．当电子在这些轨道上运动时，原子是稳固的，不向外辐射能量，也不汲取能量，这些状态称为定态．原子处在定态的能量用En表示，此时电子以rn的轨道半径绕核运动，n称为量子数．当原子中的电子从必定态跃迁到另必定态时，发射或汲取一个光子，光子的能量hν＝En－Em.上式被称为玻尔频次条件，式中En和Em分别是原子的高能级和低能级．这里的“跃迁”能够理解为电子从一种能量状态到另一个能量状态的刹时过渡．2．轨道量子化和能级轨道量子论在玻尔原子构造模型中，环绕原子核运动的电子轨道只好是某些分立值，所以电子绕核运动的轨道是量子化的．能级不一样状态的原子有不一样的能量，所以原子的能量是不连续的，这些不一样的能量值称为能级．[再判断]1．玻尔的原子构造理论以为电子的轨道是量子化的．(√)2．电子汲取某种频次的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．(√)3．电子能汲取随意频次的光子发生跃迁．(×)[后思虑]1．玻尔的原子模型轨道与卢瑟福的行星模型轨道能否同样？【提示】不一样．玻尔的原子模型的电子轨道是量子化的，只有当半径的大小切合必定条件时才有可能．卢瑟福的行星模型的电子轨道是随意的，是能够连续变化的．2．电子由高能量状态跃迁到低能量状态时，开释出的光子的频次能够是随意值吗？【提示】不可以够．因各定态轨道的能量是固定的，由hν＝Em－En可知，跃迁时开释出的光子的频次，也是一系列固定值．1．轨道量子化轨道半径只好是一些不连续的、某些分立的值，不行能出现介于这些轨道半径之间的其他值．2．能量量子化电子在可能轨道上运动时，固然是变速运动，但它其实不开释能量，原子是稳固的，这样的状态也称之为定态．因为原子的可能状态(定态)是不连续的，拥有的能量也是不连续的．这样的能量值，称为能级．量子数n越大，表示能级越高．原子的能量包含：原子的原子核与电子所拥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(或汲取)必定频次的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，可见，电子假如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．玻尔将这类现象叫作电子的跃迁．1．(多项选择)对于玻尔的原子模型，下陈述法中正确的有()A．它完全否认了经典的电磁理论B．它发展了卢瑟福的核式构造学说C．它完整扔掉了经典的电磁理论D．它引入了普朗克的量子理论【分析】原子核式构造模型与经典电磁理论的各种矛盾说明，经典电磁理论已不合用于原子系统，玻尔从光谱学成就获得启迪，利用普朗克的能量量子化的看法，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍旧以为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子遇到的库仑力供给向心力，并无完整扔掉经典的电磁理论．【答案】BD2．(多项选择)由玻尔理论可知，以下说法中正确的选项是()A．电子绕核运动有加快度，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，但它其实不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是连续的D．原子的轨道是不连续的【分析】依照经典物理学的看法，电子绕核运动有加快度，必定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消逝，与客观事实相矛盾，由玻尔理论可知选项A、C错，B正确；原子轨道是不连续的，D正确．【答案】BD解决玻尔原子模型的重点电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量．原子辐射的能量与电子绕核运动没关，只由跃迁前后的两个能级差决定．处于基态的原子是稳固的，而处于激发态的原子是不稳固的．原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大；轨道半径小，原子的能量小．用玻尔的原子构造理论解说氢光谱玻尔原子构造理论的意义[先填空]1．氢原子的能级构造(1)氢原子在不一样能级上的能量和相应的电子轨道半径为1En＝E2(n＝1,2,3，)；rn＝n21(＝1,2,3，)，式中1≈－13.6eV，1＝0.53×10－10m.nrnEr能量最低的状态叫做基态，其余状态叫做激发态．氢原子的能级构造图(如图2-4-1所示)图2-4-12．玻尔理论对氢光谱的解说解说巴尔末公式①依照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的波长计算公式为：1＝－111E2－2，λhcmnE1②用实质数据代入计算，－hc与巴尔末公式中的里德伯常量切合得很好．解说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个能级差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线．[再判断]1．氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因．(√)2．玻尔理论能很好地解说氢光谱为何是一些分立的亮线．(√)3．巴尔末公式是玻尔理论的一种特别状况．(√)4．玻尔理论能成功地解说氢光谱．(√)[后思虑]玻尔原子构造理论的意义是什么？【提示】(1)成功之处：玻尔理论将量子看法引入原子模型，提出了定态和跃迁的概念，比较圆满地解说了氢光谱的实验规律，推进了量子理论的发展．限制性：保存了经典粒子的看法，把电子的运动仍旧看做经典力学描绘下的轨道运动，它不可以说明谱线的强度和偏振状况，在解说有两个以上电子的原子的复杂光谱时碰到了困难．1．能级图的理解如图2-4-2所示为氢原子能级图．图2-4-2(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．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固的，它会自觉地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁抵达基态．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nn－22n3．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．hν＝Em－En(Em、En是始末两个能级且m>n)能级差越大，放出光子的频次就越高．4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子原子假如汲取光子的能量而被激发，其光子的能量一定等于两能级的能量差，不然不被汲取，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．原子还可汲取外来实物粒子(比如，自由电子)的能量而被激发，因为实物粒子的动能可部分地被原子汲取，所以只需入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，便可使原子发生能级跃迁．3．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()【导学号：22482108】A．放出光子，能量增添B．放出光子，能量减少C．汲取光子，能量增添D．汲取光子，能量减少【分析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，应选项B正确．【答案】B4．(多项选择)欲使处于基态的氢原子激发或电离，以下举措可行的是()A．用10.2eV的光子照耀B．用11eV的光子照耀C．用14eV的光子照耀D．用10eV的光子照耀【分析】由氢原子的能级图可求得E2－E1＝－3.40eV10.2eV是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子汲取

－(－13.6)eV10.2eV

＝10.2eV，即的光子后将跃迁到第二能级态，可使处于基态的氢原子激发，

A对；Em－E1≠11eV，即不知足玻尔理论对于跃迁的条件，

B错；要使处于基态的氢原子电离，

照耀光的能量须≥

13.6

eV，而

14eV＞13.6eV，故

14eV

的光子可使基态的氢原子电离，

C对；Em－E1≠10eV，既不知足玻尔理论对于跃迁的条件，也不可以使氢原子电离，D错．【答案】AC5．(多项选择)已知氢原子的能级图如图2-4-3所示，现用光子能量介于10～12.9eV范围内的光去照耀一群处于基态的氢原子，则以下说法中正确的选项是()【导学号：22482027】图2-4-3A．在照耀光中可能被汲取的光子能量有无数种B．在照耀光中可能被汲取的光子能量只有

3种C．照耀后可能观察到氢原子发射不一样波长的光有

6种D．照耀后可能观察到氢原子发射不一样波长的光有

3种【分析】

依据跃迁规律

hν＝Em－En和能级图，可知

A错，B对；氢原子汲取光子后能跃迁到最高为

n＝4的能级，能发射的光子的波长有

C24＝6种，故

C对，D错．【答案】

BC6．氢原子基态的能量为

E1＝－13.6eV.

大批氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的全部的光子中，频次最大的光子能量为－

0.96E1，频次最小的光子的能量为______eV(保存

2位有效数字

)，这些光子可拥有

______种不一样的频次．【分析】频次最大的光子能量为－0.96E1，即En－(－13.6eV)＝－0.96×(－13.6eV)，n解得E＝－0.54eVnn－可得共有10种不一样频次的光子．即n＝5，从n＝5能级开始，依据2从＝5到＝4跃迁的光子频次最小，依据＝5－4可得频次最小的光子的能量为0.31nnEEEeV.【答案】0.3110能级跃迁规律大批处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射nn－种频次的光子．一个2处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n－1)种频次的光子．光的波粒二象性学习目标知识脉络知道什么是康普顿效应及康普顿散射实验原理．(重点)2．理解光的波粒二象性，认识光是一种概率波.康普顿效应[先填空]1．光的散射：光在介质中与物体微粒的互相作用，使光的流传方向发生偏转，这类现象叫光的散射．湛蓝的天空、殷红的彩霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光的光柱，是空气中微粒对光散射形成的．2．康普顿效应康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发此刻散射的X射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而增大的谱线．X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应．3．康普顿的理论当光子与电子互相作用时，既恪守能量守恒定律，又恪守动量守恒定律．在碰撞中光子将能量hν的一部分传达给了电子，光子能量减少，波长变长．4．康普顿效应的意义康普顿效应表示光子除了拥有能量以外，还拥有动量，深入揭露了光的粒子性的一面，为光子说供给了又一例证．[再判断]1．康普顿效应证明了光子不单拥有能量，也拥有动量．(√)2．康普顿效应进一步说明光拥有粒子性．(√)3．光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频次不发生变化．(×)4．光子发生散射后，其波长变大．(√)[后思虑]1．太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面能够看到这束光；白日的天空各处都是亮的；宇航员在太空中只管太阳灿烂眼刺眼，其余方向的天空倒是黑的．为何？【提示】地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空中的真空环境下，光不再散射，只向前流传．2．光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不一样？【提示】光电效应应用于电子汲取光子的问题，而康普顿效应应用于议论光子与电子碰撞且没有被电子汲取的问题．1．对康普顿效应的理解实验现象X射线管发出波长为λ0的X射线，经过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分别射光的波长变长，波长改变的多少与散射角相关．康普顿效应与经典物理理论的矛盾依照经典物理理论，入射光惹起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光汲取能量，并向周围辐射，这就是散射光．散射光的频次应当等于粒子受迫振动的频次(即入射光的频次)．所以散射光的波长与入射光的波长应当同样，不该当出现波长变长的散射光．此外，经典物理理论没法解说波长改变与散射角的关系．光子说对康普顿效应的解说假设X射线光子与电子发生弹性碰撞．①光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．②因为碰撞中互换的能量与碰撞的角度相关，所以波长的改变与散射角相关．2．康普顿的散射理论进一步证明了爱因斯坦的光量子理论，也有力证了然光拥有波粒二象性．1．(多项选择)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发此刻散射的X射线中，除了与入射波长λ0同样的成格外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的选项是()A．康普顿效应说明光子具动量B．康普顿效应现象说明光拥有颠簸性C．康普顿效应现象说明光拥有粒子性D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增添【分析】康普顿效应说明光拥有粒子性，B项错误，A、C项正确；光子与晶体中的电子碰撞时知足动量守恒和能量守恒，故两者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，

D项错误．【答案】

AC2．康普顿效应证明了光子不单拥有能量，也有动量．如图

4-3-1

给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿

__________方向运动，而且波长

________(

选填“不变”“变短”或“变长”)．图

4-3-1【分析】因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞以后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不行能沿2或方向；经过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频次变小，再依据c＝λν知，波长变长．

3【答案】

1变长动量守恒定律不只合用于宏观物体，也合用于微观粒子间的作用；康普顿效应进一步揭露了光的粒子性，也再次证了然爱因斯坦光子说的正确性.光的波粒二象性光是一种概率波[先填空]1．光的波粒二象性光既拥有颠簸性又拥有粒子性，既光拥有波粒二象性．光的颠簸性是指光的运动形态拥有各样颠簸的共同特点，如干预、衍射和色散等都有波动的表现．光的粒子性是指光与其余物质互相作用时所互换的能量和动量拥有不连续性，如光电效应、康普顿效应等．(2)光子的能量和动量①能量：ε＝hν.h②动量：

p＝

λ

.(3)意义能量ε和动量

p是描绘物质的粒子性的重要物理量；波长

λ和频次ν是描绘物质的h颠簸性的典型物理量．所以

ε＝hν和

p＝λ揭露了光的粒子性和颠簸性之间的亲密关系．2．光是一种概率波光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小，所以光是一种概率波．[再判断]1．光的干预、衍射、偏振现象说明光拥有颠簸性．(√)2．光子数目越大，其粒子性越显然．(×)3．光拥有粒子性，但光子又不一样于宏观看法的粒子．(√)4．光子经过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√)[后思虑]h1．由公式E＝hν和λ＝p，能看出颠簸性和粒子性的联系吗？【提示】从光子的能量和动量的表达式能够看出，是h架起了粒子性与颠簸性之间的桥梁．2．在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并想法控制光的强度，尽可能使光子一个一个地经过狭缝，曝光时间短时，可看到胶片上出现一些无规则散布的点；曝光时间足够长时，有大批光子经过狭缝，底片上出现一些平行条纹，中央条纹最亮最宽．请思虑以下问题：曝光时间短时，说明什么问题？【提示】少许光子表现出光的粒子性，但其运动规律与宏观粒子不一样，其地点是不确定的．曝光时间足够长时，说明什么问题？【提示】大批光子表现出光的颠簸性，光波强的地方是光子抵达的时机多的地方．暗条纹处必定没有光子抵达吗？【提示】暗条纹处也有光子抵达，不过光子抵达的几率特别小，很难体现出亮度．1．对光的认识的几种学说学说名称微粒说颠簸说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认光的直线能在真空中传光电效应，光的干播，是横波，光光既有颠簸现象，又实验依照流传、光康普顿效涉、衍射速等于电磁波速有粒子特点的反射应度光是一群光是一种光是由一光是拥有电磁天性内容重点光是一种电磁波份一份光的物质，既有颠簸性弹性粒子机械波子构成的又有粒子性理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明(1)光子在空间各点出现的可能性大小(1)光的颠簸性是光子自己光的可用颠簸规律来描绘的一种属性，不是光子之间颠簸干预和衍射(2)足够能量的光(大批光子)在流传时，互相作用产生的性表现出波的性质(2)光的颠簸性不一样于宏观(3)波长长的光简单表现出颠簸性看法的波(1)当光同物质发生作用时，这类作用是光的“一份一份”进行的，表现出粒子的性(1)粒子的含义是“不连光电效应、质续”“一份一份”的粒子康普顿效应(2)少许或个别光子简单显示出光的粒(2)光子不一样于宏观看法的性子性粒子波长短的光，粒子性明显光波是一种概率波在双缝干预实验中，光子经过双缝后，对某一个光子而言，不可以必定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹的不一样亮度，说明光子落在各处的可能性即概率是不同样的．光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小．这就是说光子在空间出现的概率能够经过颠簸的规律来确立，所以说光是一