高中物理 18_4 玻爾的原子模型學(xué)案 新人教版選修3-5

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課時18.?4　玻爾的原子模型 　　1.?知道玻爾原子理論的主要內(nèi)容。 2.?了解能級、能量量子化躍遷以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。 3.?了解玻爾理論對氫光譜的解釋，以及玻爾模型的局限性。 　　1.?玻爾原子模型的基本假設(shè) (1)軌道假設(shè)：電子繞核運行的軌道半徑只能是一些①分立的數(shù)值，即電子的軌道是量子化的。 (2)能級假設(shè)：當(dāng)電子在不同的軌道上運動時，原子具有不同的能量，即原子的能量(能級)是②量子化　的。原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)叫作定態(tài)，能量最低的狀態(tài)叫作③基態(tài)　，其他狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。 (3)躍遷假設(shè)：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(能量記為Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為En)時，會放出能量為hν的光子，則有關(guān)系式：④hν=Em-En。 2.?玻爾理論對氫光譜的解釋 (1)通常情況下，原子處于基態(tài)，這種狀態(tài)最穩(wěn)定。 (2)原子受到激發(fā)，處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，⑤放出(選填“放出”或“吸收”)光子，光子的能量等于前后兩個能級之差，因此原子的發(fā)射光譜只有一些⑥分立的亮線。 (3)不同原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級各不相同，因此輻射或吸收的光子的⑦頻率也不同，這就是不同元素的原子具有不同的特征譜線的原因。 3.?玻爾模型的局限性 (1)玻爾理論的成功之處：首次把⑧量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律。 (2)玻爾模型的不足之處：仍然把電子的運動看作經(jīng)典力學(xué)描述下的⑨軌道運動。 (3)根據(jù)電子在某時刻在某點附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的⑩概率，用疏密不同的點表示，這種圖象就像云霧一樣分布在原子核的周圍，形象地稱作電子云。 　　主題1：探究玻爾的原子理論對經(jīng)典理論的突破 　　情景：通過前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾主要有以下幾點。 (1)按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核旋轉(zhuǎn)的過程中要向外輻射電磁波。因此能量要減少，電子的軌道半徑也要減小，最后，電子要落在原子核上，這與原子是穩(wěn)定的這個事實相矛盾。 (2)由于電子轉(zhuǎn)動過程半徑減小，輻射電磁波的頻率應(yīng)不斷變化，并且是連續(xù)的。因此原子發(fā)出的光譜應(yīng)是連續(xù)光譜，這與原子光譜不是連續(xù)光譜而是線狀譜線相矛盾。 請閱讀教材中“玻爾原子理論的基本假設(shè)”標(biāo)題下的相關(guān)內(nèi)容，回答下面的問題。 問題：(1)在玻爾提出電子軌道量子化之前，普朗克和愛因斯坦分別提出了什么量子理論? (2)玻爾提出了怎樣的假設(shè)? (3)玻爾是怎樣解釋原子的穩(wěn)定性的? 　　主題2：探究玻爾模型對氫光譜的解釋 情景：圖示是氫原子的能級圖，閱讀教材中“玻爾理論對氫光譜的解釋”的內(nèi)容，回答下列問題。 問題：(1)玻爾是怎樣解釋發(fā)射光譜的不連續(xù)性的? (2)一群能級n=4的氫原子會放出幾種光子? (3)請用數(shù)學(xué)方法歸納一群處于n能級的氫原子可能放出光子種類的公式。 　　主題3：玻爾理論的局限性 　　情景：玻爾理論已成功解釋了氫原子光譜，閱讀課本中的“玻爾理論的局限性”，思考下列問題。 問題：玻爾理論是否能解釋一切原子光譜呢? 1.?(考查玻爾模型)下列敘述中，符合玻爾理論的是(　　) A.?電子可能軌道的分布是不連續(xù)的 B.?電子從一條軌道躍遷到另一條軌道上時，原子將輻射或吸收一定的能量 C.?電子在可能軌道上繞核做圓周運動，不向外輻射能量 D.?電子沒有確定的軌道，只存在電子云 2.?(考查對光譜的理解)仔細(xì)觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線，其原因是(　　) A.?氫原子只有幾個能級 B.?氫原子只能發(fā)出平行光 C.?氫原子有時發(fā)光，有時不發(fā)光 D.?氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的 3.?(考查原子對光子的吸收)氦原子被電離出一個核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E1=-54.?4 eV，氦離子能級的示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是(　　) A.?40.?8 eV　　　　　　　　　　　　　 B.?43.?2 eV C.?51.?0 eV D.?54.?4 eV 4.?(考查原子發(fā)射光子的種類)大量原子從n=5的激發(fā)態(tài)向低能態(tài)躍遷時，產(chǎn)生的光譜線數(shù)是(　　) A.?4條　　　　　　　B.?10條　　　　　　　C.?6條　　　　　　　D.?8條 　　拓展一：光子的發(fā)射和吸收 1.?氫原子的能級如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.?62 eV ~ 3. 11 eV。下列說法錯誤的是(　　) A.?處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離 B.?大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng) C.?大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種不同頻率的光 D.?大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的光 　　拓展二：原子能級躍遷 2.?有一群氫原子處于n=3能級的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們躍遷時： (1)有可能放出幾種能量的光子? (2)在哪兩個能級間躍遷時，所發(fā)出的光子的波長最長?最長波長是多少? 　　拓展三：玻爾理論與經(jīng)典理論結(jié)合的相關(guān)計算 3.?根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在n=1和n=2的軌道上運動時，已知其軌道半徑之比r1∶r2=1∶4，則(　　) A.?角速度之比為1∶4 B.?動能之比為4∶1 C.?速度大小之比為4∶1 D.?周期之比為1∶8 參考答案 知識體系梳理 ①分立?、诹孔踊、刍鶓B(tài)　④hν=Em-En?、莘懦觥、薹至ⅰ、哳l率　⑧量子觀念?、彳壍馈、飧怕? 重點難點探究 主題1：(1)1900年普朗克提出能量子的概念，認(rèn)為黑體輻射的能量是量子化的;1905年愛因斯坦提出光子的概念，認(rèn)為能量本身就是量子化的。 (2)玻爾的假設(shè)主要有三點：第一，玻爾提出電子的軌道是量子化的，電子在軌道上繞核運動，不產(chǎn)生電磁波；第二，原子的能量是量子化的，電子在不同的軌道上運動時，原子具有不同的能量;第三，原子在不同的能級之間可以躍遷，躍遷時放出(或吸收)光子，光子的能量就等于兩個能級的能量差。 (3)玻爾認(rèn)為電子軌道是量子化的，與經(jīng)典理論不同，電子在這些軌道上的運動本身就是穩(wěn)定的，不會產(chǎn)生電磁輻射，因此是穩(wěn)定的，只有原子從高能級向低能級躍遷時才會以放出光子的形式向外輻射能量。 主題2：(1)玻爾認(rèn)為原子輻射的光子是由原子從一個能級向另一個能級躍遷時產(chǎn)生的，輻射光子的能量等于前后兩個能級之差，由于能級是分立的，因此輻射的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只能是一些不連續(xù)的亮線。 (2)如題圖所示，一群處于n=4能級的氫原子直接向較低能級躍遷有3種可能，然后躍遷到n=3能級的氫原子直接向較低能級躍遷又有2種可能；躍遷到n=2能級的氫原子直接向基態(tài)躍遷，因此一群處于n=4能級的氫原子共有6種躍遷方式，因此會輻射6種頻率的光子。 (3)處于n=2能級的氫原子直接躍遷有1種可能，處于n=3能級的氫原子直接躍遷有2種可能，處于n=4能級的氫原子直接躍遷有3種可能……處于n能級的氫原子直接躍遷有n-1種可能，所以一群處于n能級的氫原子各種躍遷的形式種類共有N=1+2+3+…+(n-1)==，即一群處于n能級的氫原子可能放出種光子。 主題3：盡管玻爾理論成功解釋了氫原子光譜，但是對復(fù)雜的原子光譜不能做出解釋，原因是玻爾理論仍然以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，保留了經(jīng)典粒子的觀點。 事實上，根據(jù)測不準(zhǔn)關(guān)系，原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值，因而沒有確定的軌道，而是“電子云”。 基礎(chǔ)智能檢測 1.?ABC　2.?D　3.?B　4.?B 全新視角拓展 1.?D　【解析】大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，由N=可知，共可發(fā)出6種頻率的光，故不選C；處于n=3能級的氫原子能量為-1.?51 eV，因紫外線能量大于1.?51 eV，故紫外線可使處于n=3能級的氫原子電離，故A項不選;氫原子從高能級躍遷到n=3能級釋放的能量最多為1.?51 eV，小于1.?62 eV，此光為紅外線，具有顯著熱效應(yīng)，故B項不選。 2.?(1)三種　(2)n=3的激發(fā)態(tài)向n=2的激發(fā)態(tài)躍遷時波長最長，最長波長為6.?610-7 m 【解析】(1)共能放出三種能量的光子，即三種頻率的光子。 (2)當(dāng)氫原子處于n=3能級的激發(fā)態(tài)向n=2能級的激發(fā)態(tài)躍遷時波長最長。 由氫原子能級圖知，E2=-3.?4 eV，E3=-1.?51 eV hν=E3-E2=1.?89 eV，又知ν= 則有：λ==6.?610-7 m。 3.?BD　【解析】玻爾的原子理論表明：氫原子核外電子繞核做勻速圓周運動，其向心力由原子核對它的庫侖引力來提供。 m=k 電子在某條軌道上運動時，電子運動的動能Ekn=m 則Ek1∶Ek2 = 4∶1 電子運動的速度vn=e 則v1∶v2=2∶1 電子繞核做勻速圓周運動的周期Tn= 則T1∶T2=1∶8 角速度ωn=，則ω1∶ω2=8∶1。