2017 2018高中創(chuàng)新設計物理粵教版選修3 5課件3 4原子的能級結構

1、第四節(jié)第四節(jié) 原子的能級結構原子的能級結構 目標定位目標定位 1. 了解能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激解能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念發(fā)態(tài)等概念.2.了解能級躍遷伴隨著能量變化，知道能級躍遷了解能級躍遷伴隨著能量變化，知道能級躍遷過程中吸收或放出光子過程中吸收或放出光子.3.能通過能級躍遷解釋巴耳末系能通過能級躍遷解釋巴耳末系 一、能級結構猜想一、能級結構猜想 1由氫原子光譜是分立的，我們猜想原子內部的能量也是氫原子光譜是分立的，我們猜想原子內部的能量也是 不連續(xù)不連續(xù) 的的 躍遷躍遷 級變化到另一個能級的過程叫做級變化到另一個能級的過程叫做 hEmEn 由此可知原子在由此可

2、知原子在3能級躍遷中的能量關系：能級躍遷中的能量關系： .躍遷前、后的能級分別為躍遷前、后的能級分別為Em和和En. 能級能級 ，原子從一個能，原子從一個能2原子內部不連續(xù)的能量稱為原子的原子內部不連續(xù)的能量稱為原子的 二、氫原子的能級二、氫原子的能級 1氫原子能級表達式氫原子能級表達式 RhcEn 2 ，n1,2,3式中式中R為里德伯常量，為里德伯常量，h為普朗克為普朗克n常量，常量，c為光速，為光速，n是正整數是正整數 2能級狀態(tài)能級狀態(tài) (1)基基態(tài)：在正常狀態(tài)下氫原子處于態(tài)：在正常狀態(tài)下氫原子處于 最低最低 的能級的能級E1(n1)，這個，這個最低能級對應的狀態(tài)稱為基態(tài)，氫原子在基態(tài)的

3、能量為最低能級對應的狀態(tài)稱為基態(tài)，氫原子在基態(tài)的能量為 13.6 eV . (2)激發(fā)態(tài)：當電子受到外界激發(fā)時，可從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)：當電子受到外界激發(fā)時，可從基態(tài)躍遷到 較高較高 的能的能級級E2、E3上，這些能級對應的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)上，這些能級對應的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài) 3氫原子能級圖氫原子能級圖 如圖圖1所示所示 圖圖1 4氫光譜線系的形成氫光譜線系的形成 譜線譜線 ，從不同能級躍遷到，從不同能級躍遷到能級間的躍遷產生不連續(xù)的級間的躍遷產生不連續(xù)的 線系線系 ，如巴耳末線系是氫原子，如巴耳末線系是氫原子某一特定能級就形成一個某一特定能級就形成一個 從從n3、4、5等能級躍遷到等能級躍遷到n2的

4、能級時輻射出的的能級時輻射出的光譜光譜 預習完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中預習完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中 問題問題1 問題問題2 問題問題3 一、對能級結構的理解一、對能級結構的理解 1軌道量子化軌道量子化 (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，對應不同的軌道， 只能取正整數 2能量量子化能量量子化 (1)不不同軌道對應不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速同軌道對應不同的狀態(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

5、的，原子在不同狀運動，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)，對應的電子在離核最基態(tài)：原子最低的能量狀態(tài)稱為基態(tài)，對應的電子在離核最近的軌道上運動，氫原子基態(tài)能量近的軌道上運動，氫原子基態(tài)能量E113.6 eV. (3)激發(fā)態(tài)：除基態(tài)之處的其他能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，對應的電激發(fā)態(tài)：除基態(tài)之處的其他能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，對應的電子在離核較遠的軌道上運動子在離核較遠的軌道上運動 1氫原子各能級的關系為：氫原子各能級的關系為：En2E1(E113.6 eV，n1,2,3，

6、 ) n3躍遷躍遷 原原子從一個能級躍遷到另一個能級時，它輻射或吸收一定頻率子從一個能級躍遷到另一個能級時，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發(fā)射光子發(fā)射光子hEmEn低能級低能級En 吸收光子吸收光子hEmEn【例【例1】 (多選多選)按照玻爾原子理論，下列表述正確的是照玻爾原子理論，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

7、能級的能量差電子躍遷時，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，氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程，可能輻射能量，也可能吸收能量也可能吸收能量 答案答案 BC 解析解析 根據玻爾理論，核外電子運動的軌道半徑是確定的值，根據玻爾理論，核外電子運動的軌道半徑是確定的值，而不是任意值，而不是任意值，A錯誤；氫原子中的電子離原子核越遠，能錯誤；氫原子中的電子離原子核越遠，能級越高，能量越大，級越高，能量越大，B正確；由躍遷規(guī)律可知正確；由躍遷規(guī)律可知C正確；氫原正確；氫原 子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的過程中，應輻射能量，子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍

8、遷的過程中，應輻射能量，D錯誤錯誤 針對訓練針對訓練1 下列與玻爾理論有直接關系的敘述中，錯誤的列與玻爾理論有直接關系的敘述中，錯誤的是是 ( ) A電子繞原子核做加速運動，但并不向外輻射能量，這電子繞原子核做加速運動，但并不向外輻射能量，這時原子的狀態(tài)是穩(wěn)定的時原子的狀態(tài)是穩(wěn)定的 B原子的一系列能量狀態(tài)是不連續(xù)的原子的一系列能量狀態(tài)是不連續(xù)的 C原子從一個能量狀態(tài)躍遷到另一個能量狀態(tài)時，一定原子從一個能量狀態(tài)躍遷到另一個能量狀態(tài)時，一定要吸收或放出某一頻率的光子要吸收或放出某一頻率的光子 D氫原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，電子氫原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，電子繞原子核旋

9、轉繞原子核旋轉 答案答案 D 二、原子能級和能級躍遷的理解二、原子能級和能級躍遷的理解 1原原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時，吸收子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時，吸收(或放出或放出)能量為能量為h的光子的光子(h是普朗克常量是普朗克常量)， 這個光子的能量由前、這個光子的能量由前、后兩后兩個能級的能量差決定，即個能級的能量差決定，即hEmEn(m n)若若mn，則輻射，則輻射光子，若光子，若nm，則吸收光子，則吸收光子 2根據氫原子的能級圖可以推知，一群量子數為根據氫原子的能級圖可以推知，一群量子數為n的氫原子向低的氫原子向低能級躍遷時，可能輻射出的不同頻率的光子數可用能級躍遷

10、時，可能輻射出的不同頻率的光子數可用n? ?n1? ?計算計算 22NCn【例【例2】 (多選多選)氫原子能級如圖原子能級如圖2所示，當氫原子從所示，當氫原子從n3躍躍遷到遷到n2的能級時，輻射光的波長為的能級時，輻射光的波長為656 nm.以下判斷正以下判斷正確的是確的是 ( ) 圖圖2 A氫原子從氫原子從n2躍遷到躍遷到n1的能級時，輻射光的波長大于的能級時，輻射光的波長大于656 nm B用波長為用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從的光照射，可使氫原子從n1躍遷到躍遷到n 2的能級的能級 C一群處于一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生

11、3種譜線種譜線 D用波長為用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從的光照射，不能使氫原子從n2躍遷到躍遷到n3的能級的能級 答案答案 CD 解析解析 由氫原子能級圖可知氫原子從由氫原子能級圖可知氫原子從n2躍遷到躍遷到n1的能級的能的能級的能級差大于從級差大于從n3躍遷到躍遷到n2的能級的能級差，根據的能級的能級差，根據|EnEm|hcc和和可知，可知，|EnEm|h，選項，選項A錯誤；同理從錯誤；同理從n1躍遷到躍遷到n2的能級需要的光子能量大約為從的能級需要的光子能量大約為從n3躍遷到躍遷到n2的能級差的的能級差的五倍左右，五倍左右，對應光子波長應為從對應光子波長應為從n3躍遷到躍遷到

12、n2的能級輻射光波的能級輻射光波長的五分之一左右，長的五分之一左右，選項選項B錯誤；錯誤；氫原子從氫原子從n3躍遷到躍遷到n1的能的能級的能級差最多有三種情況，即對應最多有三種頻率的光譜線，選級的能級差最多有三種情況，即對應最多有三種頻率的光譜線，選c項項C正確；氫原子在不同能級間躍遷必須滿足正確；氫原子在不同能級間躍遷必須滿足|EnEm|h，選項，選項D正確正確 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 1.一個氫原子和一群氫原子問題一個氫原子和一群氫原子問題 (1)如果是一個氫原子，從某一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時，可能發(fā)出的不如果是一個氫原子，從某一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時，可能發(fā)出的不同頻率的光子數為同頻率的光子數為n1.

13、 (2)如果是一群氫原子，從某一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時，發(fā)出不同頻率如果是一群氫原子，從某一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時，發(fā)出不同頻率n? ?n1? ?的光子數為：的光子數為：N. 22躍遷與電離問題躍遷與電離問題 原子躍遷時，不管是吸收還是輻射光子，其光子的能量原子躍遷時，不管是吸收還是輻射光子，其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量差若想把處于某一定態(tài)都必須等于這兩個能級的能量差若想把處于某一定態(tài)上上的的原原子子的的電電子子電電離離出出去去，就就需需要要給給原原子子一一定定的的能能量如基態(tài)氫原子電離，其電離能為量如基態(tài)氫原子電離，其電離能為13.6 eV，只要能量，只要能量等于或大于等于或大于13.6 eV的光子都能被基態(tài)氫原子吸收而電離，的光子都能被基態(tài)氫原子吸收而電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產生的電子具只不過入射光子的能量越大，原子電離后產生的電子具有的動能越大有的動能越大 針對訓練針對訓練2 如圖圖3所示，氫原子從所示，氫原子從n2的某一能級躍遷到的某一能級躍遷到n2的能級，輻射出能量為的能級，輻射出能量為2.55 eV的光子的光子 (1)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？它輻射上述能量的光子？ (2)請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍