高中物理第三章原子结构之谜第四节原子的能级结构同步备课教学案粤教版选修35.docx

1、高中物理第三章原子结构之谜第四节原子的能级结构同步备课教学案粤教版选修35第四节原子的能级结构学习目标 1.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.2.了解能级跃迁伴随着能量变化，知道能级跃迁过程中吸收或放出光子.3.能通过能级跃迁解释巴耳末系一、能级结构猜想导学探究为什么氢原子发出的光谱是不连续的？答案因为氢原子内部的能量是不连续的，因此氢原子由高能级向低能级跃迁时，只能放出一定频率的光，且光子的能量等于跃迁的能级差，即hEmEn.知识梳理1由氢原子光谱是分立的，我们猜想原子内部的能量也是不连续的2原子内部不连续的能量称为原子的能级，原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁3能

2、级跃迁中的能量关系：hEmEn.由此可知原子在跃迁前、后的能级分别为Em和En.即学即用判断下列说法的正误(1)氢气放电过程，产生的光谱是连续的()(2)氢原子内部的能量是不连续的()(3)氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能放出特定频率的光()(4)氢原子从低能级向高能级跃迁时，吸收光子的频率是任意的()二、氢原子的能级导学探究(1)氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出的光子的能量如何计算？(2)如图1所示是氢原子的能级图，一群处于n4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多少种频率不同的光子？图1答案(1)氢原子辐射光子的能量取决于两个能级的能量差hEmEn(mn)D氢原子从激发态向基态跃迁的

3、过程，可能辐射能量，也可能吸收能量答案BC解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误原子的能量及变化规律1原子的能量：EnEknEpn.2电子绕核运动时：km，故Eknmvn2电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小3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4电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了光子，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上即电子轨道半径越大，原子的能量越大二、氢原子的跃迁规律分析1对

4、能级图的理解由En知，量子数越大，能级差越小，能级横线间的距离越小n1是原子的基态，n是原子电离时对应的状态2跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足h|EmEn|，h|EmEn|.3大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射种不同频率的光，一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n1)种频率的光子例3(多选)氢原子能级图如图3所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()图3A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃

5、迁时最多产生3种谱线D用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级答案CD解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，A错误；由EmEnh可知，B错误，D正确；根据C3可知，C正确针对训练2如图4所示为氢原子的能级图用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有()图4A15种 B10种C4种 D1种答案B解析基态的氢原子的能级值为13.6 eV，吸收13.06 eV的能量后变成0.54 eV，原子跃迁到n5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是种10种原子跃迁时需要注意

6、的两个问题1注意一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，但是如果有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现2注意跃迁与电离：hEmEn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如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV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动能越大1根据玻尔理论，关于氢原子的能量，下列说法中正确的是()A是一系列不连续的任意值B是一系列不连续的特

7、定值C可以取任意值D可以在某一范围内取任意值答案B2氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是()A电子绕核旋转的轨道半径增大B电子的动能减少C氢原子的电势能增大D氢原子的能级减小答案D解析氢原子辐射出光子后，由高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，电子动能增大，此过程中库仑力做正功，电势能减小3(多选)如图5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时放出的光子，则下列判断中正确的是()图5A能量和频率最大、波长最短的是B光子B能量和频率最小、波长最长的是C光子C频率关系为BAC，所以B的粒子性最强D波长关系为BAC答案ABC解析从图中可以看出电子在三种不同能级跃

8、迁时，能级差由大到小依次是B、A、C，所以B光子的能量和频率最大，波长最短，能量和频率最小、波长最长的是C光子，所以频率关系是BAC，波长关系是BAC，所以B光子的粒子性最强，故选项A、B、C正确，D错误4氢原子处于基态时，原子能量E113.6 eV，普朗克常量取h6.61034 Js.(1)处于n2激发态的氢原子，至少要吸收多大能量的光子才能电离？(2)今有一群处于n4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同频率的光子？其中最小的频率是多少？(结果保留2位有效数字)答案(1)3.4 eV(2)6种1.61014 Hz解析(1)E2E13.4 eV则处于n2激发态的氢原子，至少要吸收3.4 eV能

9、量的光子才能电离(2)根据C6知，一群处于n4激发态的氢原子最多能辐射出的光子种类为6种n4n3时，光子频率最小为min，则E4E3hmin，代入数据，解得min1.61014 Hz.一、选择题(15题为单选题，68题为多选题)1根据玻尔理论，氢原子有一系列能级，以下说法正确的是()A当氢原子处于第2能级且不发生跃迁时，会向外辐射光子B电子绕核旋转的轨道半径可取任意值C处于基态的氢原子可以吸收10 eV的光子D大量氢原子处于第4能级，向低能级跃迁时最多会出现6条谱线答案D解析氢原子处于第2能级且向基态发生跃迁时，才会向外辐射光子故A错误根据玻尔原子理论可知，电子绕核旋转的轨道半径是特定值故B错

10、误.10 eV的能量不等于基态与其他能级间的能级差，所以该光子能量不能被吸收故C错误根据C6知，大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出6种不同频率的光子故D正确2一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子()A放出光子，能量增加B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加D吸收光子，能量减少答案B解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确3氢原子的能级图如图1所示，已知可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV.下列说法错误的是()图1A处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C

11、大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光D大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光答案D解析紫外线的频率比可见光的高，因此紫外线光子的能量应大于3.11 eV，而处于n3能级的氢原子其电离能仅为1.51 eV3.11 eV，所以处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离4根据玻尔理论，某原子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为的光以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E等于()AEh BEhCEh DEh答案C解析释放的光子能量为hh，所以EEhEh.5处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有

12、()A1种 B2种 C3种 D4种答案C6关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的是()A它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B它发展了卢瑟福的核式结构学说C它完全抛弃了经典的电磁理论D它引入了普朗克的量子理论答案BD解析玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误，B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误，D正确7关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是()A原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力B氢原子光谱的不连续性，表明了氢原子的能级是不连续的C原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只

13、能取某些分立值D电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)光子频率等于电子绕核运动的频率答案AB解析根据玻尔理论的基本假设知，原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，故A正确玻尔原子模型结合氢原子光谱，可知氢原子的能量是不连续的故B正确原子的能量包括电子的动能和势能，由于轨道是量子化的，则电子动能也是特定的值，故C错误电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子能量等于两能级间的能级差，D错误8如图2所示，用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为1、2、3，由此可知，开始用来照射容器的

14、单色光的光子能量可以表示为()图2Ah1 Bh3Ch1h2 Dh1h2h3答案BC解析氢原子吸收光子能向外辐射三种不同频率的光子，可知氢原子被单色光照射后跃迁到第3能级，吸收的光子能量等于两能级间的能级差，即单色光的能量Eh3，又h3h1h2，故B、C正确，A、D错误二、非选择题9如图3所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，图3(1)最多有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？最长波长是多少？答案(1)6种(2)第4能级向第3能级1.88106 m解析(1)由NC，可得NC6种(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能

15、量最小，波长最长，根据hE4E30.85(1.51) eV0.66 eV，m1.88106 m.10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E154.4 eV，氦离子能级的示意图如图4所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢原子求：图4(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能最大是多少？答案(1)3种(2)37.4 eV解析(1)一群处于n4能级的氦离子跃迁时，一共发出N6种光子由频率条件hEmEn知6种光子的能量分别是由n4到n3，h1E4E32.6 eV，由n4到n2，h2E4E210.2 eV，由n4到n1，h3E4E151.0 eV，由n3到n2，h4E3E27.6 eV，由n3到n1，h5E3E148.4 eV，由n2到n1，h6E2E140.8 eV，由发生光电效应的条件知，h3、h5、h6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应(2)由光电效应方程EkhW0知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大，将W013.6 eV代入，EkhW0得Ek37.4 eV.