人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案1：4 4 第2课时 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子能级跃迁

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE14.4第2课时玻尔理论对氢光谱的解释氢原子能级跃迁〖学习目标〗1.能用玻尔理论解释氢原子光谱．了解玻尔理论的不足之处和原因.2.进一步加深对玻尔理论的理解，会计算原子跃迁过程中吸收或放出光子的能量.3.知道使氢原子电离的方式并能进行有关计算．〖知识梳理〗知识点一、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________．(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．3．解释气体导电发光：通常情况下，原子处于________，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________，放出________，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________，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．拓展：玻尔原子模型的意义与不足．(1)玻尔原子模型的意义①正确地指出原子能级的存在(原子能量量子化)；②正确地指出定态和角动量量子化的概念；③正确地解释了氢原子及类氢离子光谱．(2)玻尔原子模型的不足①无法解释比氢原子更复杂的原子的光谱现象；②把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的；③是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把微观粒子看成是遵守经典为学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征．知识点二、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____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____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________．〖课堂探究〗要点一玻尔理论与氢原子的跃迁规律1．跃迁：(1)能量差决定因素：原子从一种定态(设能量为Em)跃迁到另一种定态(设能量为En)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＝eq\o(,\s\up10(发射光子hν＝Em－En),\s\do10(吸收光子hν＝Em－En))低能级En.(2)跃迁特点：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．2．两类跃迁规律(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可．E外≥ΔE.能级跃迁时应注意的问题①直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况下辐射(或吸收)光子的频率不同．题型1氢原子的跃迁规律例1已知类氢结构氦离子(He＋)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论知()A．氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收45eV的能量跃迁到n＝2能级B．大量处于n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子C．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子的波长大D．若氦离子(He＋)从n＝2能级跃迁到基态，释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝4能级跃迁到n＝2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应②一个原子和一群原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了，即：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱条数为N＝eq\f(nn－1,2)＝Ceq\o\al(2,n)，而一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出(n－1)条光谱线．③跃迁与电离．跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程；而只要大于电离能的任何光子的能量都能被吸收．题型2跃迁过程中的原子的能量问题例2根据波尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后()A．原子的能量增加，电子的动能减少B．原子的能量增加，电子的动能增加C．原子的能量减少，电子的动能减少D．原子的能量减少，电子的动能增加『点石成金』：①吸收光子，原子由基态跃迁到激发态，能量增加，但电子的动能减少，电势能增加．②放出光子，原子由激发态跃迁到低能级，能量减少，电子的动能增加，电势能减少．〖课堂达标〗1．氢原子能级示意图如图所示．氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n＝4能级跃迁到n＝2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则处在n＝4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中共有几种光子能使该金属发生光电效应()A．2B．3C．4D．82.(多选)氦原子被电离出一个核外电子，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．在具有下列能量的粒子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A．54.4eV(光子) B．50.4eV(光子)C．48.4eV(电子) D．42.8eV(光子)3.一个氢原子从量子数n＝2的能级跃迁到量子数n＝3的能级，该氢原子()A．吸收光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．放出光子，能量增加D．吸收光子，能量减少4．大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为λ1和λ2，则该激发态与基态的能量差为________，波长为λ1的光子的动量为________．(已知普朗克常量为h，光速为c)

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖知识梳理〗一、2.(1)hν＝E3－E2(2)定态轨道里德伯常量3．基态激发态不稳定跃迁光子4．两个能级差分立分立5．能级光子频率二、1.量子观念定态跃迁2．经典粒子轨道运动3．确定概率电子云〖课堂探究〗要点一例1〖解析〗A错：由hν＝E2－E1，得，吸收光子能量为40.8eV.B错：大量处于n＝3能级的氦离子跃迁发出N＝Ceq\o\al(2,3)＝3种光子．C对：由hν＝En－Em，EⅠ＝E4－E3<EⅡ＝E3－E2，故EⅠ光子的波长应大于EⅡ光子的波长．D错：EⅢ＝－13.6eV－(54.4eV)＝40.8eV，EⅣ＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV<EⅢ，故EⅣ光子不一定能使金属板发生光电效应．〖答案〗C例2〖解析〗电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；由eq\f(kQq,r2)＝meq\f(v2,r)可知，半径越小，动能越大．〖答案〗D〖课堂达标〗1．〖解析〗氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则从n＝4→n＝1、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1、n＝4→n＝2能级差大于或等于从n＝4到n＝2的能级差，则有4种光子能使该金属发生光电效应．〖答案〗C2.〖解析〗由玻尔理论知，基态的氦离子要实现跃迁，入射光子的能量(光子能量不可分)应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收．氦离子在图示的各激发态与基态的能量差为ΔE1＝E∞－E1＝0－(－54.4eV)＝54.4eVΔE2＝E4－E1＝〖－3.4－(－54.4)〗eV＝51.0eVΔE3＝E3－E1＝〖－6.0－(－54.4)〗eV＝48.4eVΔE4＝E2－E1＝〖－13.6－(－54.4)〗eV＝40.8eV可见，50.4eV和42.8eV的光