新高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 4 玻爾的原子模型學(xué)案 新人教版選修35.doc

4玻爾的原子模型目標定位1.知道玻爾原子理論基本假設(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.3.能用玻爾原子理論簡單解釋氫原子模型一、玻爾原子理論的基本假設(shè)1玻爾原子模型(1)原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動(2)電子繞核運動的軌道是量子化的(3)電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射2定態(tài)：當(dāng)電子在不同軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)中，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫做能級原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)3躍遷：當(dāng)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(能量記為en，mn)時，會放出能量為h的光子，該光子的能量hemen，該式稱為頻率條件，又稱輻射條件想一想氫原子從高能級向低能級躍遷時，是不是氫原子所處的能級越高，釋放的光子能量越大？答案不一定氫原子從高能級向低能級躍遷時，所釋放的光子的能量一定等于能級差，氫原子所處的能級越高，躍遷時能級差不一定越大，釋放的光子能量不一定越大二、玻爾理論對氫光譜的解釋1解釋巴耳末公式按照玻爾理論，從高能級躍遷到低能級時輻射的光子的能量為hemen；巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級躍遷之前和之后的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2.2解釋氫原子光譜的不連續(xù)性原子從較高能級向低能級躍遷時放出光子的能量等于前后兩能級差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線三、玻爾理論的局限性1玻爾理論的成功之處：玻爾理論第一次將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玻爾理論的局限性：過多地保留了經(jīng)典理論，對更復(fù)雜的原子發(fā)光無法解釋一、對玻爾理論的理解1軌道量子化(1)軌道半徑只能夠是一些不連續(xù)的、某些分立的數(shù)值(2)氫原子的電子最小軌道半徑為r10.053 nm，其余軌道半徑滿足rnn2r1，式中n稱為量子數(shù)，對應(yīng)不同的軌道，只能取正整數(shù)2能量量子化(1)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(2)基態(tài)：原子最低的能量狀態(tài)稱為基態(tài)，對應(yīng)的電子在離核最近的軌道上運動，氫原子基態(tài)能量e113.6 ev.(3)激發(fā)態(tài)：較高的能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，對應(yīng)的電子在離核較遠的軌道上運動氫原子各能級的關(guān)系為：ene1(e113.6 ev，n1，2，3，)3躍遷原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即高能級em低能級en例1(2014廣州高二檢測)按照玻爾原子理論，下列表述正確的是()a核外電子運動軌道半徑可取任意值b氫原子中的電子離原子核越遠，氫原子的能量越大c電子躍遷時，輻射或吸收光子的能量由能級的能量差決定，即h|emen|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bc解析根據(jù)玻爾理論，核外電子運動的軌道半徑是確定的值，而不是任意值，a錯誤；氫原子中的電子離原子核越遠，能級越高，能量越大，b正確；由躍遷規(guī)律可知c正確；氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程中，應(yīng)輻射能量，d錯誤例2氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道的過程中()a原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大b原子要放出光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小c原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小d原子要吸收光子，電子的動能減小，原子的電勢能增大答案d解析根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在離核較遠的軌道上運動能量較大，必須吸收一定能量的光子后，電子才能從離核較近的軌道躍遷到離核較遠的軌道，故b錯；氫原子核外電子繞核做圓周運動，由原子核對電子的庫侖力提供向心力，即：km，又ekmv2，所以ek.由此式可知：電子離核越遠，即r越大時，電子的動能越小，故a、c錯；由r變大時，庫侖力對核外電子做負功，因此電勢能增大，從而判斷d正確借題發(fā)揮當(dāng)氫原子從低能量態(tài)en向高能量態(tài)em(nm)躍遷時，r增大，ek減小，ep增大(或r增大時，庫侖力做負功，電勢能ep增大)，e增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hemen.二、原子能級和能級躍遷的理解1氫原子能級圖如圖1841所示 圖18412根據(jù)氫原子的能級圖可以推知，一群量子數(shù)為n的氫原子最后躍遷到基態(tài)時，可能發(fā)出的不同頻率的光子數(shù)可用nc計算3原子從低能級向高能級躍遷：吸收一定能量的光子，當(dāng)一個光子的能量滿足he末e初時，才能被某一個原子吸收，而當(dāng)光子能量h大于或小于e末e初時都不能被原子吸收；原子從高能級向低能級躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差例3如圖1842所示，氫原子從n2的某一能級躍遷到n2的能級，輻射出能量為2.55 ev的光子，問最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖 圖1842答案12.75 ev躍遷圖見解析圖解析氫原子從n2的某一能級躍遷到n2的能級，滿足：hene22.55 evenhe20.85 ev所以n4基態(tài)氫原子要躍遷到n4的能級，應(yīng)提供ee4e112.75 ev.躍遷圖如圖所示： 借題發(fā)揮(1)如果是一個氫原子，該氫原子的核外電子在某時刻只能處在某一個可能的軌道上，由這一軌道向另一軌道躍遷時只能有一種光，但可能發(fā)出的光條數(shù)為(n1)種(2)如果是一群氫原子，該群氫原子的核外電子在某時刻有多種可能軌道每一個躍遷時只能發(fā)出一種光，多種軌道同時存在，發(fā)光條數(shù)n.(3)若知道每條發(fā)光的能量或頻率，可根據(jù)已知情況判定光線所在區(qū)域針對訓(xùn)練如圖1843所示，1、2、3、4為玻爾理論中氫原子最低的四個能級處在n4能級的一群氫原子向低能級躍遷時，能發(fā)出若干種頻率不同的光子，在這些光中，波長最長的是() 圖1843an4躍遷到n1時輻射的光子bn4躍遷到n3時輻射的光子cn2躍遷到n1時輻射的光子dn3躍遷到n2時輻射的光子答案b對玻爾理論的理解1玻爾在他提出的原子模型中所作的假設(shè)有()a原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做加速運動，但不向外輻射能量b原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的c電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子d電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率答案abc解析a、b、c三項都是玻爾提出來的假設(shè)，其核心是原子定態(tài)概念的引入與能量躍遷學(xué)說的提出，也就是“量子化”的概念原子的不同能量狀態(tài)與電子繞核運動時不同的圓軌道相對應(yīng)，是經(jīng)典理論與量子化概念的結(jié)合原子輻射的能量與電子在某一可能軌道上繞核的運動無關(guān)2對氫原子能級公式en的理解，下列說法中正確的是()a原子定態(tài)能量en是指核外電子動能與核之間的靜電勢能的總和ben是負值cen是指核外電子的動能，只能取正值d從式中可以看出，隨著電子運動半徑的增大，原子總能量減少答案ab解析這里是取電子自由態(tài)作為能量零點，所以電子處在各個定態(tài)中能量均是負值，en表示核外電子動能和電子與核之間的靜電勢能的總和，所以選項a、b對，c錯，因為能量是負值，所以n越大，en越大氫原子能級及躍遷3(2014山東卷)氫原子能級如圖1844所示，當(dāng)氫原子從n3躍遷到n2的能級時，輻射光的波長為656 nm.以下判斷正確的是()圖1844a氫原子從n2躍遷到n1的能級時，輻射光的波長大于656 nmb用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n1躍遷到n2的能級c一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線d用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n2躍遷到n3的能級答案cd解析(1)由氫原子能級圖可知氫原子從n2躍遷到n1的能級的能級差大于從n3躍遷到n2的能級的能級差，根據(jù)|enem|h和可知，|enem|h，選項a錯誤；同理從n1躍遷到n2的能級需要的光子能量大約為從n3躍遷到n2的能級差的五倍左右，對應(yīng)光子波長應(yīng)為從n3躍遷到n2的能級輻射光波長的五分之一左右，選項b錯誤；氫原子從n3躍遷到n1的能級的能級差最多有三種情況，即對應(yīng)最多有三種頻率的光譜線，選項c正確；氫原子在不同能級間躍遷必須滿足|enem|h，選項d正確4用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為1、2、3的三條譜線，且321，則()a01 b321c0123 d.答案b解析大量氫原子躍遷時，只有三種頻率的光譜，這說明是從n3能級向低能級躍遷，根據(jù)能量守恒有，h3h2h1，解得：321，選項b正確題組一對玻爾理論的理解1關(guān)于玻爾的原子模型，下列說法中正確的是()a它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說b它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說c它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論d它引入了普朗克的量子理論答案bd解析玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)模型的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級躍遷，故a錯誤、b正確，它的成功就在于引入了量子化理論，缺點是被過多引入的經(jīng)典力學(xué)所困，故c錯誤、d正確2根據(jù)玻爾理論，以下說法正確的是()a電子繞核運動有加速度，就要向外輻射電磁波b處于定態(tài)的原子，其電子做變速運動，但它并不向外輻射能量c原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的d原子能級躍遷時，輻射或吸收光子的能量取決于兩個軌道的能量差答案bcd解析根據(jù)玻爾理論，電子繞核運動有加速度，但并不向外輻射能量，也不會向外輻射電磁波，故選項a錯誤，選項b正確玻爾理論中的第二條假設(shè)，就是電子繞核運動可能的軌道半徑是量子化的，不連續(xù)的，選項c正確原子在發(fā)生能級躍遷時，要放出或吸收一定頻率的光子，光子能量取決于兩個軌道的能量差，故選項d正確3關(guān)于玻爾理論，下列說法正確的是()a玻爾理論的成功，說明經(jīng)典電磁理論不適用于原子系統(tǒng)，也說明了電磁理論不適用于電子運動b玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)c玻爾理論的成功之處是引入了量子觀念d玻爾理論的成功之處，是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念答案bc4根據(jù)玻爾理論，某原子從能量為e的軌道躍遷到能量為e的軌道，輻射出波長為的光以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解析釋放的光子能量為hh，所以eeheh.5根據(jù)玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()a若氫原子由能量為en的定態(tài)向低能級躍遷，則氫原子要輻射的光子能量為henb電子沿某一軌道繞核運動，若圓周運動的頻率為，則其發(fā)光的頻率也是c一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道，已知rarb，則此過程原子要輻射某一頻率的光子d氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷答案c解析原子由能量為en的定態(tài)向低能級躍遷時，輻射的光子能量等于能級差，與en不相等，故a錯；電子沿某一軌道繞核運動，處于某一定態(tài)，不向外輻射能量，故b錯；電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級降低，因而要輻射某一頻率的光子，故c正確；原子吸收光子后能量增加，能級升高，故d錯題組二氫原子能級及躍遷6光子的發(fā)射和吸收過程是()a原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末兩個能級的能量差b原子不能從低能級向高能級躍遷c原子吸收光子后從低能級躍遷到高能級，放出光子后從較高能級躍遷到較低能級d原子無論是吸收光子還是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末兩個能級的能量差值答案cd7一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程中()a可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線b可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條亮線c只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線d只發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條亮線答案b解析當(dāng)原子由高能級向低能級躍遷時，原子將發(fā)出光子，由于不只是兩個特定能級之間的躍遷，所以它可以發(fā)出一系列頻率的光子，形成光譜中的若干條亮線8在氫原子能級圖中，橫線間的距離越大，代表氫原子能級差越大，下列能級圖中，能形象表示氫原子最低的四個能級是() 答案c解析由氫原子能級圖可知，量子數(shù)n越大，能級越密，所以c對9大量氫原子從n5的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時，產(chǎn)生的光譜線條數(shù)是()a4條 b6條 c8條 d10條答案d解析由題意可知，當(dāng)大量氫原子從n5能級躍遷時，有10條光譜線產(chǎn)生圖184510子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用如圖1845為氫原子的能級示意圖，假定光子能量為e的一束光照射容器中大量處于n2能級的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為1、2、3、4、5和6的光子，且頻率依次增大，則e等于()ah(31) bh(31)ch3 dh4答案c解析氫原子吸收光子后，能發(fā)出六種頻率的光，說明氫原子是從n4能級向低能級躍遷，則吸收的光子的能量為ee4e2，e4e2恰好對應(yīng)著頻率為3的光子，故光子的能量為h3.11欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是()a用10.2 ev 的光子照射b用11 ev 的光子照射c用14 ev 的光子照射d用11 ev的電子碰撞答案acd解析由玻爾理論可知，氫原子在各能級間躍遷時，只能吸收能量值剛好等于某兩能級之差的光子由氫原子的能級關(guān)系可算出10.2 ev剛好等于氫原子n1和n2的兩能級之差，而11 ev則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能級之差，因而氫原子能吸收前者而不能吸收后者.14 ev的光子其能量大于氫原子的電離能(13.6 ev)，足以使氫原子電離使電子脫離核的束縛而成為自由電子，因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律不難知道氫原子吸收14 ev的光子電離后，產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0.4 ev的動能用電子去碰撞氫原子時，入射電子的動能可全部或部分地為氫原子吸收，所以只要入射電子的動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)能量之差，也可使氫原子激發(fā)12氫原子部分能級的示意圖如圖1846所示，不同色光的光子能量如下表所示：圖1846色光紅橙黃綠藍靛紫光子能量范圍(ev)1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()a紅、藍靛 b黃、綠c紅、紫 d藍靛、紫答案a解析本題意在考查考生對氫原子能級的理解，并能正確結(jié)合電磁