1、物理选修选修3-5 人教版人教版第十八章原子结构原子结构第四节玻尔的原子模型第四节玻尔的原子模型返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版 学学 习习 目目 标标了解玻尔原子模型及能级的概念了解玻尔原子模型及能级的概念理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版 知知 识识 导导 图图1 1课前预习课前预习2 2课内探究课内探究3 3素养提升素养提升4 4课堂达标课堂达标5 5课时作业课时作业返回导航第十八章原子结构物
2、理 选修3-5 人教版课课 前前 预预 习习返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版1轨道假设轨道假设轨道量子化：原子中的电子在轨道量子化：原子中的电子在_的作用下，绕原子核做圆周运的作用下，绕原子核做圆周运动，电子运动轨道的动，电子运动轨道的_不是任意的，而是不是任意的，而是_化的。电子在这些轨化的。电子在这些轨道上绕核的转动是道上绕核的转动是_的，不产生的，不产生_辐射。辐射。知识点知识点 1玻尔原子理论的基本假设玻尔原子理论的基本假设库仑力库仑力半径半径量子量子稳定稳定电磁电磁返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版2定态假设定态假设(1)定态：当电子在不同的轨道上运动时
3、，原子处于不同的定态：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的_。原子。原子在不同的在不同的_中具有不同的能量，因此，原子的能量是中具有不同的能量，因此，原子的能量是_化的。这化的。这些些_化的能量值叫做化的能量值叫做_，原子中这些具有确定能量的稳定状态，原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为称为_。(2)基态：能量最基态：能量最_的状态叫做基态。的状态叫做基态。(3)激发态：基态激发态：基态_的能量状态叫做激发态。的能量状态叫做激发态。状态状态状态状态量子量子量子量子能级能级定态定态低低之外之外返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版3跃迁假设跃迁假设电子从能量电子从能量_的定态轨
4、道跃迁到能量的定态轨道跃迁到能量_的定态轨道时，会向的定态轨道时，会向外辐射能量，辐射的能量是外辐射能量，辐射的能量是_的，光子的能量由两个能级的的，光子的能量由两个能级的_决定。决定。hEmEn这个式子称为频率条件，也叫辐射条件，式中的这个式子称为频率条件，也叫辐射条件，式中的h为普朗克常量，为普朗克常量，为光子为光子的的_。较高较高较低较低一份一份一份一份能量差能量差频率频率返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版1氢原子的能级图氢原子的能级图知识点知识点 2玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论对氢光谱的解释返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版2解释巴耳末公式解释巴耳末公式(
5、1)按照玻尔理论，原子从高能级按照玻尔理论，原子从高能级(如从如从E3)跃迁到低能级跃迁到低能级(如到如到E2)时辐射的光时辐射的光子的能量为子的能量为h_。(2)巴耳末公式中的正整数巴耳末公式中的正整数n和和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的正好代表能级跃迁之前和之后所处的_的量子数的量子数n和和2。并且理论上的计算和实验测量的。并且理论上的计算和实验测量的_符合得很好。符合得很好。3解释气体导电发光解释气体导电发光通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的，原子受到电子的撞击，有通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的，原子受到电子的撞击，有可能向上跃迁到可能向上跃迁到_，处于激发态的原子是
6、，处于激发态的原子是_的，会自发地向的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出能量较低的能级跃迁，放出_，最终回到基态。，最终回到基态。E3E2定态轨道定态轨道里德伯常量里德伯常量激发态激发态不稳定不稳定光子光子返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版4解释氢原子光谱的不连续性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_，由于原子的能级是由于原子的能级是_的，所以放出的光子的能量也是的，所以放出的光子的能量也是_的，因此的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。原子的发射光谱只有一些分立的亮线。5解释不同原子
7、具有不同的特征谱线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，不同的原子具有不同的结构，_各不相同，因此辐射各不相同，因此辐射(或吸收或吸收)的的_也不相同。也不相同。两能级差两能级差分立分立分立分立能级能级光子频率光子频率返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版1玻尔理论的成功之处玻尔理论的成功之处玻尔理论第一次将玻尔理论第一次将_引入原子领域。引入原子领域。提出了提出了_和和_的概念，成功解释了的概念，成功解释了_光谱的实验规光谱的实验规律。律。2玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性过多地保留了过多地保留了_理论，即保留理论，即保留_的观念，把电子的运动的观念，把电子的运动
8、看做经典力学描述下的看做经典力学描述下的_运动。运动。知识点知识点 3玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性量子观念量子观念定态定态跃迁跃迁氢原子氢原子经典经典经典粒子经典粒子轨道轨道返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版3电子云电子云原子中的电子原子中的电子_确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现_的多少，把电子这种的多少，把电子这种_分布用疏密不同的点表示时，这种图象分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。没有没有概率概率概率概率返回导航第十八章原子结构物理
9、选修3-5 人教版判一判判一判(1)玻尔认为电子运动轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一玻尔认为电子运动轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点。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。玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。()(3)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。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。()(4)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。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。()(5)玻尔的原子理论模型可以很好的解释
10、氦原子的光谱现象。玻尔的原子理论模型可以很好的解释氦原子的光谱现象。()(6)电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。()返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版选一选选一选如图所示为氢原子的能级图，如图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分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中时放出的光子，其中()A频率最大的是频率最大的是AB波长最长的是波长最长的是CC频率最大的是频率最大的是C D波长最长的是波长最长的是BB返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版想一想想一想电子在核外的运动真的
11、有固定轨道吗？玻尔理论中的轨道量子化又如何解电子在核外的运动真的有固定轨道吗？玻尔理论中的轨道量子化又如何解释？释？答案：答案：在原子内部，电子绕核运动并没有固定的轨道，只不过当原子处于在原子内部，电子绕核运动并没有固定的轨道，只不过当原子处于不同的定态时，电子出现在不同的定态时，电子出现在rnn2r1处的几率大。处的几率大。返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版课课 内内 探探 究究返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版右图为分立轨道示意图。右图为分立轨道示意图。(1)电子的轨道有什么特点？电子的轨道有什么特点？(2)氢原子只有一个电子，电子在这些轨道间跃迁时伴随氢原子只
12、有一个电子，电子在这些轨道间跃迁时伴随什么现象发生？什么现象发生？提示：提示：(1)电子的轨道是不连续的，是量子化的。电子的轨道是不连续的，是量子化的。(2)电子电子在轨道间跃迁时会吸收光子或放出光子。在轨道间跃迁时会吸收光子或放出光子。探究一对玻尔理论的理解探究一对玻尔理论的理解返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版1轨道量子化轨道量子化(1)轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的数值。轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的数值。(2)轨道半径公式：轨道半径公式：rnn2r1，式中，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。氢原子的最小轨道半
13、径正整数。氢原子的最小轨道半径r10.531010m。返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版(多选多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有()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，辐射电子从一个轨道
14、跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子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典例典例 1ABC返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版解题指导：解题指导：应注意电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，原子辐射的应注意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无关。能量与电子绕核运动无关。解析：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，也就是入与能级跃迁学说的提出，也就
15、是“量子化量子化”的概念。原子的不同能量状态与电的概念。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。电子跃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。电子跃迁时辐射的光子的频率与能级差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故迁时辐射的光子的频率与能级差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D错误，错误，A、B、C正确。正确。返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版对点训练对点训练1(多选多选)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是由玻尔理论可知，下列说法中正确的是()A电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波电子绕核运动有加速度，
16、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，但它并不向外辐射能量处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C原子内电子的可能轨道是连续的原子内电子的可能轨道是连续的D原子的轨道半径越大，原子的能量越大原子的轨道半径越大，原子的能量越大解析：解析：按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项知选项A、C错，错，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项正确；原子
17、轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确。正确。BD返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版根据玻尔原子结构理论，氦离子根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示。的能级图如图所示。电子处在电子处在n3轨道上比处在轨道上比处在n5轨道上离氦核的距离近还是轨道上离氦核的距离近还是远？当大量远？当大量He处在处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线的激发态时，由于跃迁所发射的谱线共有几条？共有几条？提示：提示：近近6探究二氢原子跃迁的规律探究二氢原子跃迁的规律返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版1能级图的理解能级图的理解(1)能级图中能级图中n称为量子数，称为量子数，E
18、1代表氢原子的基态能量，即量子数代表氢原子的基态能量，即量子数n1时对时对应的能量，其值为应的能量，其值为13.6eV。En代表电子在第代表电子在第n个轨道上运动时的能量。个轨道上运动时的能量。(2)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，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，度表示辐射光子能量的大小，n1是原子的基态，是原子的基态，n是原子电离时对应的状是原子电离时对应的状态。态。返回导
19、航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版(3)氢原子从高能级向氢原子从高能级向n1,2,3的能级跃迁时发出的光谱线分别属于赖曼的能级跃迁时发出的光谱线分别属于赖曼系，巴耳末系和帕邢系系，巴耳末系和帕邢系(如图如图)返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版4使原子能级跃迁的两种粒子使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子光子与实物粒子(1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足满足hE末末E初初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级时，才能被某一个原
20、子吸收，使原子从低能级E初初向高能级向高能级E末末跃迁，而当光子能量跃迁，而当光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收。时都不能被原子吸收。(2)原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的能量而被激发，由于实物的能量而被激发，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两能级的能量差值(EEnEk)，就可使原子发生能级跃迁。，就可使原子发生能级跃迁。(3)当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子
21、吸收，使氢原子电时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。初动能。返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版用能量为用能量为12.75eV的光子照射一群处于基态的氢原子，已知氢原的光子照射一群处于基态的氢原子，已知氢原子的基态能量子的基态能量E113.6eV，普朗克常量，普朗克常量h6.631034Js，求：，求：(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？这群氢原子的光谱共有几条谱线？(2)这群氢原子发出的光子的
22、最大频率是多少？这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？(3)这群氢原子发出的光子的最长波长是多少？这群氢原子发出的光子的最长波长是多少？典例典例 2答案：答案：(1)6条条(2)3.11015Hz(3)1.884106m返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版对点训练对点训练2(北京市临川育人学校北京市临川育人学校20172018高三下学期期中高三下学期期中)如图所如图所示是某原子的能级图，示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原为原子跃迁所发出的三种波长的光
23、。在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()C返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版素素 养养 提提 升升返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版1注意一群原子和一个原子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个可能的轨道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，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
24、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了。况出现了。2注意间接跃迁与直接跃迁注意间接跃迁与直接跃迁 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时可能是间接跃迁两种情况下辐射(或吸收或吸收)光子的频率可能不同。光子的频率可能不同。原子跃迁时需注意的几个问题原子跃迁时需注意的几个问题返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版3注意跃迁与电离注意跃迁与电离hEmEn只适用
25、于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况。对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子的电离能为13.6eV，只要能量大于或等于，只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基态的氢原子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吸收而发生电离，只不过
26、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。差，就可使原子受激发而向较高能级跃迁。返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版(多选多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是()A用用10.2eV的光子照射的光子照射B用用11e
27、V的光子照射的光子照射C用用14eV的光子照射的光子照射D用用11eV的电子碰撞的电子碰撞案案 例例ACD返回导航第十八章原子结构物理 选修3-5 人教版解析：解析：由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等于某两个能级之差的光子。由氢原子能级图知道于某两个能级之差的光子。由氢原子能级图知道10.2eV刚好等于刚好等于n2和和n1两两能级之差，而能级之差，而11eV则不是氢原子基态和任一定态能量之差，故处于基态的氢原则不是氢原子基态和任一定态能量之差，故处于基态的氢原子只吸收前者，而不吸收后者。对于子只吸收前者，而不吸收后者。对于14eV的光子其能量大于氢原子的电离能的光子其能量大于氢原子的电离能(即即13.6eV)。足以使处于基态的氢原子电离，使电子成为自由电子，因而不受玻尔。足以使处于基态的氢原子电离，使电子成为自由电子，因而不受玻尔跃迁条件的束缚。用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被跃迁条件的束缚。用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以如果入射电子的动能大于基态和某个激发态的能量之差，也氢原子吸收，所以如果入射电子的动能大于基态和某个激发态的能量之差，也可使氢原子激发。故正确答案为可使氢原子激发。故正确答案为A、C、D。
