1、2019粵教版選修（3-5）3.4原子的能級結(jié)構(gòu)word學案【學習目標】（1）了解原子的能級、躍遷、能量量子化以及基態(tài)和激發(fā)態(tài)等概念。（2） 了解原子能量量子化的提出，理解原子發(fā)射與吸收光子的頻率與能級差的關(guān)系。（3）知道氫原子的能級公式，以及能利用此分析一些有關(guān)原子能級的問題（4）能用原子的能級結(jié)構(gòu)解釋氫原子光譜的不連續(xù)性【學習重點】氫原子的能級結(jié)構(gòu)及量子化的理解?！局R要點】1 .玻爾的原子理論（1）能級（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設(shè)是針對原子穩(wěn)定性提出的）（2）躍遷假設(shè)：原子從一

2、種定態(tài)（設(shè)能量為E）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為 E）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hn=EmEn （h為普朗克恒量）（本假設(shè)針對線狀譜提出）（3）軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng)。原子.的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。（針對原子核式模型提出，是能級假設(shè)的補充）2 .玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學計算出氫原子的電子的各條可能軌道半徑和電子 在各條軌道上運動時的能量（包括動能和勢能）公式：軌道半徑：rn =n2rl n=1 , 2, 31能 里： En = 12 E1n=1, 2, 3n式中口

3、、E1、分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運 動時的能量，rn、E分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運動時的能量,n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。3 .氫原子的能級圖從玻爾的基本假設(shè)出發(fā)， 運用經(jīng)典電磁學和經(jīng)典力學的理論，可以計算氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量。（1）氫原子的大?。簹湓拥碾娮拥母鳁l可能軌道的半徑rn： rn=n21,r1代表第一條（離核最近的一條）可能軌道的半徑r0.53 X10-10 m例：n=2,2=2.12 x 10-10 mE稱為原子的能級。它對應(yīng)電子在E=E/ n2n=1,2,3,電子帶負電，在正電荷的場中為負值,（2）氫原子

4、的能級：原子在各個定態(tài)時的能量值 各條可能軌道上運動時的能量E （包括動能和勢能）日代表電子在第一條可能軌道上運動時的能量E=-13.6eV注意：計算能量時取離核無限遠處的電勢能為零， 電子的動能為電勢能絕對值的一半，總能量為負值。例：n=2, E=-3.4eV , n=3, E=-1.51eV ,n=4, E4=-0.85eV ,氫原子的能級圖如圖所示。4.玻爾理論對氫光譜的解釋（1）基態(tài)和激發(fā)態(tài)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子在離核最近的軌道上運動，這種定 態(tài)，叫基態(tài)。激發(fā)態(tài)：原子處于較高能級時，電子在離核較遠的軌道上運動，這種定態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。（2）原子發(fā)光：原子從基態(tài)向激發(fā)

5、態(tài)躍遷的過程是吸收能量的過程。 原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程，是輻射能量的 過程，這個能量以光子的形式輻射出去，吸收或輻射的能量恰等于發(fā)生 躍遷的兩能級之差。說明：氫原子中只有一個核外電子，這個電子在某個時刻只能在某 個可能軌道上，或者說在某個時間內(nèi)，由某軌道躍遷到另一軌道一一可 能情況只有一種。可是，通常容器盛有的氫氣，總是千千萬萬個原子在 一起，這些原子核外電子躍遷時，就會有各種情況出現(xiàn)了。但是這些躍 遷不外乎是能級圖中表示出來的那些情況?！镜湫屠}】賴曼系怕邢系巴耳末系例1、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過程中（）A .原子要吸收光子，電子的動能

6、增大，原子的電勢能增大，原子的能量增大B .原子要放出光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小，原子的能量也減小C .原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小，原子的能量增大D .原子要吸收光子，電子的動能減小，原子的電勢能增大，原子的能量增加解析根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在離核越遠的軌道上運動時，其能量越大，由E1能量公式En=T（曰=-13. 6 eV）可知，電子從低軌道 （量子數(shù)n小）向圖軌道（n值較大）n躍遷時，要吸收一定的能量的光子.故選項B可排除.氫原子核外電子繞核做圓周運動，其ke2 mv2 1 o ke2向心力由原子核對電子的庫侖引力提供，即埠=m-,電子運動的動能 R

7、=1mJ=¥J .由r r2 2r此可知：電子離核越遠，r越大時，則電子的動能就越小，故選項A C均可排除.由于原子核帶正電荷，電子帶負電荷，事實上異性電荷遠離過程中需克服庫侖引力做功，即庫侖力對電子做負功，則原子系統(tǒng)的電勢能將增大，系統(tǒng)的總能量增加，故選項D正確.點評考查對玻爾理論、庫侖定律、圓周運動規(guī)律及電場力做功性質(zhì)的綜合運用的能力,最多例2、一群氫原子處于 n=6的激發(fā)態(tài)上當它們自發(fā)地向較低的能級躍遷的過程中可放出多條頻率不同的光譜線，在這些譜線有多少條在可見光區(qū)域思路分析解答由于氫原子可以從某一激發(fā)態(tài)自發(fā)地躍遷到任意一個較低的能級，因此對一群氫原子來1說，可能的躍遷有 N=

8、n（n-1）種，其中向n=2躍遷時發(fā)出的光為可見光。 21 1由公式N =n（n1）得N =父6父5 =15條頻率不同的譜線,其中從n=6、5、4、3 22向n=2躍遷發(fā)出的4條譜線在可見光區(qū)域。例3、已知氫原子基態(tài)的電子軌道半徑為r0.53 x 10-10m,基態(tài)的能級值為 曰=-13.6eV。A 求電子在n=2的軌道上運轉(zhuǎn)形成的等效電流日 有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)，畫一能級圖在圖上用箭頭標明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線C 計算這幾條光譜線中最長的波長思路分析解答：A、電子的繞核運車t具有周期性，設(shè)運轉(zhuǎn)周期為T,由牛頓第二定律和庫侖定律有：度:2e-2 22 二 2=m()2T(

9、1)且 r 2=n2r1=4r1對軌道上任意一處，每一周期通過該處的電量為e,由電流強度定義式得所求等效電流強I -T聯(lián)立（1）、（2）、（3）式得:(3)e2: K(1.6 10，9)2910916二r1； mr1- 16 3.14 0.53 10°1 9.1 10 0.531040-_4= 1.3 10 4(A)日由于這群氫原子白自發(fā)躍遷輻射，會得到三條光譜線，如能級圖所示。C三條光譜線中波長最長的光子能量最小，發(fā)生躍遷的兩個能級的能量差最小，根據(jù)氫原子能級的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n=3的能級躍遷到n=2的能級，設(shè)波長為入，由：h& = E3E2得: 32n=3n=

10、2n=lhcE3 - E26.63 1044 3 108(字*.6嬴= 6.58 101m)【當堂反饋】（1）對玻爾理論的下列說法中，正確的是（）A.繼承了盧瑟福的原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B.對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運動的電荷要輻射電磁波”的觀點表示贊同C.用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系D.玻爾的兩個公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學計算出來的（2）下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（）A.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量B.原子中，雖然核外電子不斷做加速運動，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會

11、向外輻射能量C.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射一定頻率的光子D.原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的（3）根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù) N越大，則下列說法中正確的是（）A.電子軌道半徑越大B.核外電子的速率越大C.氫原子能級的能量越大D.核外電子的電勢能越大（4）根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運動的半徑（）A.可以取任意值B.可以在某一范圍內(nèi)取任意值C.可以取一系列不連續(xù)的任意值D.是一系列不連續(xù)的特定值（5）按照玻爾理論，一個氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知 ra>rb ,則在此過程中（）A.

12、原子要發(fā)出一系列頻率的光子B.原子要吸收一系列頻率的光子C.原子要發(fā)出某一頻率的光子D.原子要吸收某一頻率的光【參考答案】1 .A C D 2.C 3.A C D 4.D 5.C【達標訓(xùn)練】1、根據(jù)玻爾的理論，電子在不同軌道上運動時能量是 的，軌道的量子化勢必 對應(yīng)著 的量子化。這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為 ，能量最低的狀態(tài)叫 ,也就是說，原子只能處于一系列 的能量狀態(tài)中。2、玻爾對氫原子光譜的解釋是：原子從較高的能級向較低的能級躍遷時 光子的 能量等于前后 ,由于原子的能級是 的，所以放 出的光子能量也是 的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些 的亮線。3、玻爾理論成功地解釋了氫原子發(fā)光， 他的成

13、功之處在于引入了 觀念，而 對復(fù)雜的原子發(fā)光，玻爾理論卻無法解釋，它的不足之處在于過多地保留了4、氫原子第二能級的能量為（）-7.8eV D . -3.4eVA. -13.6eV B . -10.2eV C5、欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是（）A.用10.2eV的光子照射B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用13eV的電子碰撞6、處于第四能級的氫原子躍遷基態(tài)的過程中，可能發(fā)出的不同光的種數(shù)有（）A. 一種B .三種 C .四種 D .六種7、處于基態(tài)的氫原子在某單色光照射下，只能發(fā)出頻率分別為Y 1、丫 2、 Y 3的三種光,Y 1 V Y 2< Y 3,則該

14、照射光的光子能量為（）A. h v iB. h v 2C. hv3D. h（vi+v2+v3）8、氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動時的動 能，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時（）A.電子的動能增加，氫原子系統(tǒng)的電勢能增加B.電子的動能增加，氫原子系統(tǒng)的電勢能減少C.電子的動能減少，氫原子系統(tǒng)的電勢能增加 減少9、原子的能量量子化是指 （）A.原子的能量是不可以改變的BD.電子的動能減少，氫原子系統(tǒng)的電勢能.原子的能量與電子的軌道無關(guān)C.原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的.原子具有分立的能級10、光的發(fā)射和吸收過程是()A.原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)

15、要放出光子，放出的光子的能量等于原子在初、末兩個能級的能量差B.原子不可能從低能級躍遷到高能級C.原子吸收光子后從低能級向高能級躍遷，放出光子后從高能級向低能級躍遷D.只要原子吸收了光子就一定能從低能級躍遷到高能級11、氫原子從能量為曰的較高能級躍遷到能量為E2的較低能級，真空中光速為c,則.吸收的光子的波長為 c(E1 -E2) hhc.輻射的光子的波長為 -Ei E2()A.吸收的光子的波長為 丁巳)BhC.輻射的光子的波長為 -Dc(Ei -E2)12、如圖所示為氫原子的四個能級，其中 處于激發(fā)態(tài)日，則下列說法正確的是( A.原子A可能輻射出3種頻率的光子E1為基態(tài)，若氫原子 A處于激發(fā)

16、態(tài) E2,氫原子B )B.原子B可能輻射出3種頻率的光子C.原子A通夠吸收原子B輻射出的光子并躍遷到能級E4 D.原子B能夠吸收原子 A輻射出的光子并躍遷到能級E413、氫原子中核外電子從第二能級躍遷到基態(tài)時，輻射出的光照射在某金屬表面上能產(chǎn)生光電效應(yīng)。那么處于第三能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射出的各種頻率的光.可能使此金屬發(fā)生光電效應(yīng)的至少有()A. 1種 B . 2種 C . 3種D . 4種14、已知氫原子的電子軌道半徑1 = 5.3 X 10-9m,基態(tài)能量 曰=13.6eV,量子數(shù)n的能級 值En= /已，靜電力常量為 9X 109NI 吊/C2,電子電量為 1.6 X10-19C,普朗克常量為 6.63 X10-34J - S,真空中光速為 3X108m/s,(1)求