学年高中物理第3章原子世界探秘33量子论视野下的原子模型学案沪科版选修35.docx

1、学年高中物理第3章原子世界探秘33量子论视野下的原子模型学案沪科版选修3533量子论视野下的原子模型学习目标 1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量.3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱一、玻尔原子理论的基本假设导学探究1.按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星地球模型缩小是否就可以变为电子原子核模型呢？答案不可以在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而

2、卫星的轨道半径理论上可按需要任意取值2氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么？它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系？答案电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为En)时，会放出能量为h的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn(mn)当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由上式决定知识梳理1轨道量子化(1)轨道半径只能够是某些分立的数值(2)氢原子的电子最小轨道半径r10.053 nm，轨道半径满足rnn2r1，n为量子数，n1,2,3，.2能级(1)能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因

3、而各定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在各定态的能量值叫做原子的能级(2)基态和激发态基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态(3)能量量子化不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的原子各能级：EnE1(E113.6 eV，n1,2,3，)3光子的发射和吸收(1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会发射光子，放出光子的能量h与始末两能级Em、En之间的关系为：hEmE

4、n.(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从低能级跃迁到高能级高能级Em低能级En即学即用判断下列说法的正误(1)玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点()(2)玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值()(3)当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子()(4)处于能级越高的氢原子，向低能级跃迁时释放的光子能量越大()二、原子的能级跃迁问题导学探究根据氢原子的能级图，说明：1氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？答案氢原子辐射光子的能量决定于两个能级差hEmEn(nn)D氢原子从激发态向基态跃迁的过程

5、，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一些确定的值，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Eknmv，而Epnk，两者之和即为轨道能量EEknEpnk，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r10.053 nm，E113.6 eV是其定态能量的最低值(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，

6、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n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

7、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(吸收)的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射(吸收)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.

8、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

9、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

10、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BACD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之间跃迁时，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BAEcEb，又Eh，可知b光的能量最小，波长最长，a光的能量最大，波长最短，C项正确6氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A吸收光子的能量为h1h2B辐射光子的能量为h1h2C吸收光子的能量为h2h1D辐射光

11、子的能量为h2h1答案D解析由于氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，可知能级k最高、n最低，所以氢原子从能级k跃迁到能级m，要辐射光子的能量为h2h1，选项D正确，A、B、C错误7处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率最多有()A1种 B2种 C3种 D4种答案C8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，

12、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9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)光子的频率等于电子绕核运动的频率答案AB10如图3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单色光的光子能量可以表示

13、为()图3Ah1 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11如图4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4(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，辐射的光子能量最小，波长最长，根据

14、hhE4E30.85(1.51) eV0.66 eV，m1.88106 m.12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5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5(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EkmhW知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大动能最大，将W13.6 eV代入EkmhW，得Ekm37.4 eV.