人教版物理选修3-5《玻尔的原子模型》ppt课件(68页).ppt
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1、,一、对玻尔原子模型的理解,1.轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1=0.053 nm,其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm不可能出现介于这些轨道之间的其他值.(3)轨道半径公式:rn=n2r1,式中n称为量子数,对应不同的轨道,只能取正整数.,2.能量量子化(1)与轨道量子化对应的能量不连续的现象.(2)电子在可能轨道上运动时,尽管是变速运动,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.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,其他
2、的状态叫做激发态.对氢原子,以无穷远处为势能零点时,基态能量E1=-13.6 eV.,(3)其能级公式: 式中n称为量子数,对应不同的轨道,n取值不同,基态取n=1,激发态n=2,3,4;量子数n越大,表示能级越高.(4)En=Ekn+Epn.氢原子中电子绕核运动时: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.,可见电子在可能的轨道上绕核运动时,r增大,则Ek减少,Ep增大,E增大;反之,r减小,则Ek增大,Ep减少,E减少.与卫星绕地球运行相似.,3.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,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,即可见,
3、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.玻尔将这种现象叫做电子的跃迁.,(1)处于基态的原子是稳定的,而处于激发态的原子是不稳定的.(2)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.,【典例1】(2011济南高二检测)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,下列说法中正确的是( )A.核外电子受力变小B.原子的能量减少C.氢原子要吸收一定频率的光子D.氢原子要放出一定频率的光子,【解题指导】解答该题应注意把握以下几点:(1)核外电子受力应根据库仑定律分析.(2)原子
4、的能量应根据能级公式分析.(3)结合能级高低判断是吸收还是放出光子.【标准解答】选B、D.由玻尔理论知,当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,要放出能量,故要放出一定频率的光子;电子的轨道半径小了,由库仑定律知,它与原子核之间的库仑力大了,故A、C错,B、D正确.,【规律方法】 巧解氢原子的结构问题(1)求解电子在某条轨道上的运动动能时,要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来.即用 两公式结合判定.,(2)求解氢原子要吸收一定频率的光子跃迁时原子在各定态之间跃迁时原子跃迁条件h=Em-En,一次跃迁只能吸收一个光子的能量,且光子能量恰好等于两能级之差.当原子向电离态跃
5、迁时,吸收的能量大于或等于原子所处能级的能量的绝对值.即hE-Em,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.,【变式训练】根据玻尔理论,下列关于氢原子的论述正确的是( )A.若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁,则氢原子要辐射的光子能量为h=EnB.电子沿某一轨道绕核运动,若圆周运动的频率为,则其发光的频率也是C.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道,已知rarb,则此过程原子要辐射某一频率的光子D.氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁,【解析】选C.原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,辐射的光子能量等于能级差,与En不同,故A错
6、;电子沿某一轨道绕核运动,处于某一定态,不向外辐射能量,故B错;电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道,能级降低,因而要辐射某一频率的光子,故C正确;原子吸收光子后能量增加,能级升高,故D错.,【变式备选】氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时,可能发生的情况有( )A.放出光子,电子动能减少,原子势能增加B.放出光子,电子动能增加,原子势能减少C.吸收光子,电子动能减少,原子势能增加D.吸收光子,电子动能增加,原子势能减少,【解析】选B、C.氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道,可有两种情况:由较高能级向较低能级跃迁,原子的电子由距核较远处跃迁到较近处,要放出光子,原子的势能(电子和原
7、子核共有的)减少,电子的动能增加(电场力做正功),B正确;若核外电子由较低能级向较高能级跃迁,与上述情况正好相反,C正确;所以A、D均错,B、C正确.,二、原子的能级跃迁问题,1.氢原子能级跃迁的可能情况氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时可能直接跃迁到基态,也可能先跃迁到其他低能级的激发态,然后再到基态,因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性,其可能的值为 种可能情况.,2.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
8、)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全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=En-Ek),就可使原子发生能级跃迁.,3.原子跃迁时需注意的几个问题(1)注意一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子,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,但是如果容器中盛有大量的氢原子,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.两种情况辐射(或吸收)光
9、子的频率不同.,(3)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,这是因为原子一旦电离,原子结构即被破坏,因而不再遵守有关原子结构的理论.如基态氢原子的电离能为13.6 eV,只要大于或等于13.6 eV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.至于实物粒子和原子碰撞的情况,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,就可使原子受激发而向较高能级跃迁.,(1)当一个氢原子从某一轨道向另一轨道跃
10、迁时,可能的情况只有一种,但大量的氢原子就会出现多种情况.(2)使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n=时,称为电离,所需能量称为电离能.,【典例2】(2010重庆高考)氢原子部分能级示意图如图所示.不同色光的光子能量如表所示.,处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为( )A.红、蓝-靛 B.黄、绿C.红、紫 D.蓝-靛、紫 【解题指导】审题时应重点关注以下几点:(1)解题时要充分利用表格中不同色光光子的能量数据.(2)根据“发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条”进行分析对比,确定答案.,【标准解答】选A.如果激发态的氢原子处于第二能级,能够发出10.2
11、eV的光子,不属于可见光;如果激发态的氢原子处于第三能级,能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子,只有1.89 eV属于可见光;如果激发态的氢原子处于第四能级,能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子,1.89 eV和2.55 eV属于可见光,1.89 eV的光子为红光,2.55 eV的光子为蓝靛光,A正确.,【规律方法】(1)如果是一个氢原子,该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上,由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光,但可能发出的光条数为(n-1)种.(2)如果是一群氢原
12、子,该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道.每一个跃迁时只能发出一种光,多种轨道同时存在,发光条数 (3)若知道每条发光的能量或频率,可根据已知情况判定光线所在区域.,【变式训练】(2010山东高考)大量氢原子处于不同能量激发态,发生跃迁时放出三种不同能量的光子,其能量值分别是:1.89 eV,10.2 eV,12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在_个激发态能级上,其中最高能级的能量值是_ eV(基态能量为-13.6 eV).,【解析】由于原子发生跃迁时放出三种不同能量的光子,故跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上,即分布在n=2、n=3两个能级上,因为放出光子的最大能量为12.0
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