2018-2019版高中物理 第3章 原子世界探秘 3.3 量子論視野下的原子模型課件 滬科版選修3-5.ppt

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3.3量子論視野下的原子模型,第3章原子世界探秘,[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道玻爾原子理論的基本假設(shè)的主要內(nèi)容.2.了解能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念，會計(jì)算原子躍遷時(shí)吸收或輻射光子的能量.3.能用玻爾原子理論簡單解釋氫原子光譜.,內(nèi)容索引,,知識探究新知探究點(diǎn)點(diǎn)落實(shí),題型探究重點(diǎn)難點(diǎn)各個(gè)擊破,達(dá)標(biāo)檢測當(dāng)堂檢測鞏固反饋,知識探究,一、玻爾原子理論的基本假設(shè),[導(dǎo)學(xué)探究]1.按照經(jīng)典理論，核外電子在庫侖引力作用下繞原子核做圓周運(yùn)動.我們知道，庫侖引力和萬有引力形式上有相似之處，電子繞原子核的運(yùn)動與衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動也一定有某些相似之處，那么若將衛(wèi)星—地球模型縮小是否就可以變?yōu)殡娮印雍四Ｐ湍兀?答案不可以.在玻爾理論中，電子的軌道半徑只可能是某些分立的數(shù)值，而衛(wèi)星的軌道半徑理論上可按需要任意取值.,答案,2.氫原子吸收或輻射光子的頻率條件是什么？它和氫原子核外的電子的躍遷有什么關(guān)系？,答案,答案電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(其能量記為En)時(shí)，會放出能量為hν的光子(h是普朗克常量)，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級的能量差決定，即hν＝Em－En(m＞n).當(dāng)電子從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子的能量同樣由上式?jīng)Q定.,[知識梳理]1.軌道量子化(1)軌道半徑只能夠是某些的數(shù)值.(2)氫原子的電子最小軌道半徑r1＝0.053nm，軌道半徑滿足rn＝，n為量子數(shù)，n＝.,分立,1,2,3，…,n2r1,2.能級(1)能級：在玻爾模型中，原子的能量狀態(tài)是，因而各定態(tài)的能量只能取一些分立值，我們把原子在的能量值叫做原子的能級.(2)基態(tài)和激發(fā)態(tài)①基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于能量的狀態(tài)，這時(shí)電子在離核最的軌道上運(yùn)動，這一定態(tài)叫做.②激發(fā)態(tài)：電子在其他軌道上運(yùn)動時(shí)的定態(tài)叫做.(3)能量量子化不同軌道對應(yīng)不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運(yùn)動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的，原子在不同狀態(tài)有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.原子各能級：En＝E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3，…),不連續(xù)的,最低,各定態(tài),近,基態(tài),激發(fā)態(tài),3.光子的發(fā)射和吸收(1)光子的發(fā)射：原子從高能級(Em)向低能級(En)躍遷時(shí)會光子，放出光子的能量hν與始末兩能級Em、En之間的關(guān)系為：hν＝.(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以從躍遷到.,發(fā)射,低能級,Em－En,高能級,[即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤.(1)玻爾認(rèn)為電子運(yùn)行軌道半徑是任意的，就像人造地球衛(wèi)星，能量大一些，軌道半徑就會大點(diǎn).()(2)玻爾認(rèn)為原子的能量是量子化的，不能連續(xù)取值.()(3)當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時(shí)，會放出任意能量的光子.()(4)處于能級越高的氫原子，向低能級躍遷時(shí)釋放的光子能量越大.(),,答案,,√,,答案氫原子輻射光子的能量決定于兩個(gè)能級差hν＝Em－En(nn)D.氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程，可能輻射能量，也可能吸收能量,答案,解析,√,√,原子的能量及變化規(guī)律1.原子的能量：En＝Ekn＋Epn.2.電子繞氫原子核運(yùn)動時(shí)：，兩者之和即為軌道能量，所以氫原子的定態(tài)能量為負(fù)，基態(tài)的半徑為r1＝0.053nm，E1＝－13.6eV是其定態(tài)能量的最低值.3.當(dāng)電子的軌道半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大，反之，電勢能減小.4.電子的軌道半徑增大時(shí)，說明原子吸收了光子，從能量較低的軌道躍遷到了能量較高的軌道上.即電子軌道半徑越大，原子的能量越大.,1.對能級圖的理解由知，量子數(shù)越大，能級差越小，能級橫線間的距離越小.n＝1是原子的基態(tài)，n→∞是原子電離時(shí)對應(yīng)的狀態(tài).2.躍遷過程中吸收或輻射光子的頻率和波長滿足hν＝|Em－En|，h＝|Em－En|.3.大量處于n激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，最多可輻射種不同頻率的光，一個(gè)處于n激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，最多可輻射(n－1)種頻率的光子.,二、氫原子的躍遷規(guī)律分析,A.氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級時(shí)，輻射光的波長大于656nmB.用波長為325nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級C.一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長為633nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級,例3(多選)氫原子能級圖如圖3所示，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時(shí)，輻射光的波長為656nm.以下判斷正確的是,答案,解析,√,√,圖3,解析能級間躍遷輻射(吸收)的光子能量等于兩能級間的能級差，能級差越大，輻射(吸收)的光子頻率越大，波長越小，A錯(cuò)誤；由Em－En＝hν可知，B錯(cuò)誤，D正確；根據(jù)＝3可知，C正確.,解析基態(tài)的氫原子的能級值為－13.6eV，吸收13.06eV的能量后變成－0.54eV，原子躍遷到n＝5能級，由于氫原子是大量的，,針對訓(xùn)練2如圖4所示為氫原子的能級圖.用光子能量為13.06eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，則可能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長的光有A.15種B.10種C.4種D.1種,答案,解析,√,圖4,原子躍遷時(shí)需要注意的兩個(gè)問題：(1)注意一群原子和一個(gè)原子：氫原子核外只有一個(gè)電子，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，只能出現(xiàn)所有可能情況中的一種，但是如果有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會有各種情況出現(xiàn).(2)注意躍遷與電離：hν＝Em－En只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對于光子和原子作用使原子電離的情況，則不受此條件的限制.如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大.,達(dá)標(biāo)檢測,1.(對玻爾理論的理解)(多選)關(guān)于玻爾原子理論的基本假設(shè)，下列說法中正確的是A.原子中的電子繞原子核做圓周運(yùn)動，庫侖力提供向心力B.氫原子光譜的不連續(xù)性，表明了氫原子的能級是不連續(xù)的C.原子的能量包括電子的動能和勢能，電子動能可取任意值，勢能只能取某些分立值D.電子由一條軌道躍遷到另一條軌道上時(shí)，輻射(或吸收)的光子頻率等于電子繞核運(yùn)動的頻率,√,答案,√,1,2,3,2.(氫原子躍遷規(guī)律的應(yīng)用)(多選)如圖5所示為氫原子的能級圖，A、B、C分別表示電子在三種不同能級躍遷時(shí)放出的光子，則下列判斷中正確的是A.能量和頻率最大、波長最短的是B光子B.能量和頻率最小、波長最長的是C光子C.頻率關(guān)系為νB＞νA＞νCD.波長關(guān)系為λB＞λA＞λC,√,答案,解析,圖5,√,√,1,2,3,解析從題圖中可以看出電子在三種不同能級之間躍遷時(shí)，能級差由大到小依次是B、A、C，所以B光子的能量和頻率最大，波長最短，能量和頻率最小、波長最長的是C光子，所以頻率關(guān)系是νB＞νA＞νC，波長關(guān)系是λB<λA<λC，故選項(xiàng)A、B、C正確，D錯(cuò)誤.,1,2,3,3.(氫原子躍遷規(guī)律的應(yīng)用)氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E1＝－13.6eV，氫原子各能級的關(guān)系為En＝E1(n＝1,2,3…)，普朗克常量取h＝6.610－34Js.(1)處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子，至少要吸收多大能量的光子才能電離？,答案,解析,答案3.4eV,則處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子，至少要吸收3.4eV能量的光子才能電離.,1,2,3,(2)今有一群處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子，最多可以輻射幾種不同頻率的光？其中最小的頻率是多少？(結(jié)果保留2位有效數(shù)字),答案,解析,答案6種1.61014Hz,解析根據(jù)＝6知，一群處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子最多能輻射出的光子種類為6種.由n＝4躍遷到n＝3能級時(shí)，輻射出的光子頻率最小，設(shè)為νmin，則E4－E3＝hνmin，代入數(shù)據(jù)解得νmin＝1.61014Hz.,1,2,3,