高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI4.氫原子光譜和玻爾的原子模型第四章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是光譜,能說出連續(xù)譜和線狀譜的區(qū)別。(物理觀念)2.能記住氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(物理觀念)3.知道玻爾原子理論的基本假設(shè)、電子的軌道量子化和原子的能量量子化。(物理觀念)4.了解能級、定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)和躍遷的概念,會(huì)根據(jù)能級圖計(jì)算兩個(gè)能級之差。(科學(xué)思維)5.了解玻爾模型的成就和局限性,知道氫原子光譜的產(chǎn)生機(jī)理,會(huì)用hν=En-Em解題。(科學(xué)思維)6.知道電子云是電子在各個(gè)位置出現(xiàn)概率大小的直觀表示。(物理觀念)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)必備知識一、光譜1.定義用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(頻率)展開,獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜。2.分類(1)線狀譜:由一條條的亮線組成的光譜。(2)連續(xù)譜:由連在一起的光帶組成的光譜。3.特征譜線氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是線狀譜,且不同原子的亮線位置不同,故這些亮線稱為原子的特征譜線。4.光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線,可以利用它來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,這種方法稱為光譜分析,它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,樣本中一種元素的含量達(dá)到10-13kg

時(shí)就可以被檢測到。

二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氫原子的光譜是線狀譜。2.巴耳末公式:氫原子的光譜在可見光區(qū)的四條譜線的波長滿足

3.巴耳末公式的意義:以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜的特征。

三、經(jīng)典理論的困難1.核式結(jié)構(gòu)模型的成就:正確地指出了原子核的存在,很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。2.經(jīng)典理論的困難:經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性,又無法解釋原子光譜的分立特征。四、玻爾原子理論的基本假設(shè)1.軌道量子化(1)原子中的電子在庫侖引力的作用下,繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)。(2)電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑只可能是某些分立的數(shù)值,即軌道是量子化的。(3)電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí),原子處于不同的狀態(tài),具有不同的能量。電子只能在特定軌道上運(yùn)動(dòng),因此,原子的能量也只能取一系列特定的值,即原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級,原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài),稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài),其他的能量狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。3.頻率條件當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(其能量記為Em,m<n)時(shí),會(huì)放出能量為hν的光子,該光子的能量hν=En-Em,這個(gè)式子被稱為頻率條件,又稱輻射條件。反之,電子吸收的光子的能量也滿足頻率條件。五、玻爾理論對氫光譜的解釋1.解釋巴耳末公式(1)按照玻爾理論,從高能級躍遷到低能級時(shí)輻射的光子的能量為hν=En-Em。(2)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所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2,并且理論上算出的里德伯常量與實(shí)驗(yàn)值符合得很好。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(shí)放出光子的能量等于前后兩個(gè)能級之差,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。六、玻爾理論的局限性1.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,成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.局限性保留了經(jīng)典粒子的觀念,把電子的運(yùn)動(dòng)仍然看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。3.電子云原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值,我們只能描述電子在某個(gè)位置出現(xiàn)的概率是多少,把電子這種在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí),這種圖像就像云霧一樣,故稱電子云。自我檢測1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯(cuò)誤的小題請說明原因。(1)各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜。(

)答案

√(2)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。(

)答案

×解析

巴爾末公式中的n只能取大于2的正整數(shù)。(3)玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說認(rèn)為電子的軌道是量子化的。(

)答案

√(4)電子吸收任意頻率條件的光子時(shí)會(huì)從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)。(

)答案

×解析

原子中的電子吸收光子的能量必須滿足hν=En-Em才能從較低的能級躍遷到較高的能級。(5)玻爾的原子理論模型可以很好地解釋氦原子的光譜現(xiàn)象。(

)答案

√(6)電子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)并不具有確定的軌道。(

)答案

√2.對原子光譜,下列說法正確的是(

)A.原子光譜是連續(xù)譜B.由于原子都是由原子核和電子組成的,所以各種原子的原子光譜是相同的C.各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同,但各種原子的原子光譜可能是相同的D.分析物質(zhì)發(fā)光的光譜,可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素答案

D解析

原子光譜為線狀譜,A錯(cuò)誤;各種原子都有自己的特征譜線,故B、C錯(cuò)誤;據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成,D正確。A.式中n只能取整數(shù),R∞稱為巴耳末常量B.巴耳末線系的4條譜線位于紅外區(qū)C.在巴耳末線系中n值越大,對應(yīng)的波長λ越短D.巴耳末線系中的n值越大,對應(yīng)的頻率越低答案

C解析

此公式中n不可以取任意值,只能取整數(shù),且從3,4,…開始取,n為量子數(shù),R∞稱為里德伯常量,故A錯(cuò)誤;巴耳末線系的4條譜線位于可見光區(qū),故B錯(cuò)誤;根據(jù)巴耳末公式

,可知n的值越大,對應(yīng)的波長λ越短,頻率越高,故C正確,D錯(cuò)誤。課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一光譜情境探究早在17世紀(jì),牛頓就發(fā)現(xiàn)了太陽光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象,并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫作光譜。1814年,德國物理學(xué)家夫瑯禾費(fèi)對太陽光譜進(jìn)行了細(xì)心的檢驗(yàn),并編繪了太陽光譜圖。該光譜圖內(nèi)有多條黑線,夫瑯禾費(fèi)對其中8條重要的黑線做了標(biāo)識。這些黑線后來就成為比較不同玻璃材料折射率的標(biāo)準(zhǔn),并為光譜精確測量提供了基礎(chǔ)。此后,許多科學(xué)家對光譜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,認(rèn)識到光譜與物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān),從而促進(jìn)了光譜分析技術(shù)的應(yīng)用,請你結(jié)合對光譜的認(rèn)識,談一談在日常生活中光譜的應(yīng)用。要點(diǎn)提示

光譜分析可以檢測半導(dǎo)體材料硅和鍺是不是達(dá)到高純度要求;光譜分析可以幫助人們發(fā)現(xiàn)新元素;光譜分析可以研究天體的成分,光譜分析可以鑒定食品的優(yōu)劣;光譜分析可以鑒定文物等。知識歸納1.對光譜有關(guān)問題的理解(1)光譜的產(chǎn)生機(jī)理許多情況下,光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。(2)連續(xù)譜、線狀譜、光譜中的暗線①連續(xù)譜其光譜是連在一起的光帶。例如鎢絲白熾燈的光譜。②線狀譜各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜。不同元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是不同的,但同種元素原子產(chǎn)生的線狀譜是相同的。③光譜中的暗線實(shí)驗(yàn)表明,各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該原子的線狀譜中的一條亮線相對應(yīng)。即某種原子發(fā)出的光與吸收的光的頻率是特定的,因此吸收光譜中的暗線也是該元素原子的特征譜線。例如:太陽光譜就是典型的吸收光譜。2.光譜分析的應(yīng)用(1)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,研究太陽光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)了太陽中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素。(2)發(fā)現(xiàn)新元素光譜分析的靈敏度高,樣本中一種元素的含量達(dá)到10-13kg時(shí)就可以被檢測到。實(shí)例引導(dǎo)例1(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說法正確的是(

)A.太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B.煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C.進(jìn)行光譜分析時(shí),可以用線狀譜,不能用連續(xù)光譜D.我們能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分答案

BC解析

太陽光譜中的暗線是太陽發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過太陽大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜,是太陽發(fā)出的光譜被太陽大氣層中存在的對應(yīng)元素吸收所致,白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;月球本身不會(huì)發(fā)光,靠反射太陽光才能使我們看到它,所以不能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;光譜分析只能是線狀譜和吸收光譜,連續(xù)譜是不能用來進(jìn)行光譜分析的,所以選項(xiàng)C正確;煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜,選項(xiàng)B正確。規(guī)律方法

幾種光譜的比較

光譜產(chǎn)生條件光譜形式及應(yīng)用發(fā)射譜線狀譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜由一些不連續(xù)的明線組成,不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜),可用于光譜分析連續(xù)譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的光譜連續(xù)分布,一切波長的光都有吸收光譜熾熱的白光通過溫度比白光低的氣體后,再色散形成的光譜用分光鏡觀察時(shí),可見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對應(yīng)),可用于光譜分析變式訓(xùn)練1(多選)通過光柵或棱鏡獲得物質(zhì)發(fā)光的光譜,光譜(

)A.按光子的頻率順序排列B.按光子的質(zhì)量大小排列C.按光子的速度大小排列D.按光子的能量大小排列答案

AD解析

由于光譜是將光按波長展開得到的,而波長與頻率相對應(yīng),故A正確;光子沒有質(zhì)量,各種色光在真空(或空氣)中傳播速度都相同,B、C錯(cuò)誤;由愛因斯坦的光子說,可知光子能量與光子頻率相對應(yīng),D正確。探究二氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律情境探究如圖所示為氫原子的光譜。

(1)仔細(xì)觀察,氫原子光譜具有什么特點(diǎn)?(2)閱讀教材,指出氫原子光譜的譜線波長具有什么規(guī)律?要點(diǎn)提示

(1)從右至左,相鄰譜線間的距離越來越小。

知識歸納1.氫原子光譜的特點(diǎn)在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi),由右向左,相鄰譜線間的距離越來越小,表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。2.巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式:式中R∞叫作里德伯常量,實(shí)驗(yàn)測得的值為R∞=1.10×107m-1。(2)巴耳末公式說明氫原子光譜的波長只能取分立值,不能取連續(xù)值。巴耳末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜,即輻射波長的分立特征。3.其他譜線除了巴耳末系,氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。4.經(jīng)典理論的困難(1)無法解釋原子的穩(wěn)定性按照經(jīng)典物理學(xué),核外電子受到原子核的庫侖引力作用,不可能是靜止的,它一定以一定的速度繞核轉(zhuǎn)動(dòng)。電子在做周期性運(yùn)動(dòng),它產(chǎn)生的電磁場就在周期性變化,而周期性變化的電磁場會(huì)激發(fā)電磁波,即電子不斷把自己繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的能量以電磁波的形式輻射出去,因此電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)是不穩(wěn)定的,電子會(huì)失去能量,軌道半徑逐漸變小,最后落在原子核上。但是事實(shí)不是這樣,原子是個(gè)很穩(wěn)定的系統(tǒng)。(2)無法解釋原子光譜的分立特征根據(jù)經(jīng)典電磁理論,電子輻射的電磁波的頻率就是它繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率。電子越轉(zhuǎn)能量越小,它離原子核就越來越近,轉(zhuǎn)得也越來越快,這個(gè)變化是連續(xù)的,也就是說,我們應(yīng)該看到原子輻射出各種頻率(波長)的光,即原子的光譜應(yīng)該總是連續(xù)的,而實(shí)際上我們看到的是分立的線狀譜。這些矛盾說明經(jīng)典理論可以很好地應(yīng)用于宏觀物體,但不能解釋原子世界的現(xiàn)象。實(shí)例引導(dǎo)例2

巴耳末通過對氫光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式

(n=3,4,5,…),對此,下列說法正確的是(

)A.巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴耳末公式B.巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C.巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D.巴耳末公式準(zhǔn)確反映了氫原子發(fā)光的所有情況,其波長的分立值并不是人為規(guī)定的答案

C解析

巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個(gè)線系波長,不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長,也不能描述其他原子發(fā)出的光,故B、D錯(cuò)誤;巴耳末公式是由當(dāng)時(shí)已知的可見光中的部分譜線總結(jié)出來的,但它適用于整個(gè)巴耳末線系,故A錯(cuò)誤,C正確。規(guī)律方法

巴耳末公式的應(yīng)用方法及注意問題(1)巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征,不能描述其他原子。(2)公式中n只能取整數(shù),不能連續(xù)取值,因此波長也只能是分立的值。(3)公式是在對可見光區(qū)的四條譜線分析總結(jié)出的,巴耳末系在紫外區(qū)的譜線也適用。(4)應(yīng)用時(shí)熟記公式,當(dāng)n取不同值時(shí)求出一一對應(yīng)的波長λ。變式訓(xùn)練2氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為(

)答案

A探究三玻爾原子理論的基本假設(shè)情境探究1.玻爾認(rèn)為,電子只能在一些半徑取分立值的軌道上運(yùn)動(dòng),如氫原子中電子運(yùn)動(dòng)軌道的最小半徑是0.53×10-10m,其他的玻爾半徑只能是2.12×10-10m、4.77×10-10m等,玻爾半徑不可能是介于這些值之間的中間值,經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)是怎么樣的?要點(diǎn)提示

根據(jù)經(jīng)典理論,隨著不斷向外輻射能量的電子能量的減少,電子繞原子核運(yùn)行的軌道半徑連續(xù)地減小,于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核,就像繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星受到阻力作用不斷損失能量后,要落到地面上的一樣。2.下圖為分立軌道示意圖。

分立軌道示意圖(1)電子的軌道有什么特點(diǎn)?(2)氫原子只有一個(gè)電子,電子在這些軌道間躍遷時(shí)會(huì)伴隨什么現(xiàn)象發(fā)生?要點(diǎn)提示

(1)電子的軌道是不連續(xù)的,是量子化的。(2)電子在軌道間躍遷時(shí)會(huì)吸收光子或放出光子。知識歸納玻爾原子模型的三條假設(shè)1.軌道量子化(1)軌道半徑只能夠是某些分立的數(shù)值。(2)氫原子的電子最小軌道半徑r1=0.053nm,其余軌道半徑滿足rn=n2r1,n為量子數(shù),n=1,2,3……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(yùn)動(dòng),卻不輻射能量,因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的(定態(tài)),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(yùn)動(dòng),氫原子基態(tài)能量E1=-13.6eV。(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(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)。3.能級躍遷與光子的發(fā)射和吸收原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),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。閃光語錄原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子。實(shí)例引導(dǎo)例3

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)向低能級躍遷時(shí),氫原子要輻射的光子能量為hν=EnB.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),若圓周運(yùn)動(dòng)的頻率為ν,則其發(fā)光的頻率也是νC.一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)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Ra>Rb,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(shí),輻射的光子能量等于能級差,與En不同,故A錯(cuò)誤;電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng),處于某一定態(tài),不向外輻射光子,故B錯(cuò)誤;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(cuò)誤。規(guī)律方法

解決玻爾原子模型問題的四個(gè)關(guān)鍵(1)電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),不向外輻射能量。(2)原子輻射的能量與電子繞原子核運(yùn)動(dòng)無關(guān),只由躍遷前后的兩個(gè)能級差決定。(3)處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的,而處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。(4)原子的能量與電子的軌道半徑相對應(yīng),軌道半徑大,原子的能量大,軌道半徑小,原子的能量小。變式訓(xùn)練3(多選)用具有一定動(dòng)能的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子,使這些氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為n(n>2)的激發(fā)態(tài),此時(shí)出現(xiàn)的氫光譜中有N條譜線,其中波長的最大值為λ。現(xiàn)逐漸提高入射電子的動(dòng)能,當(dāng)動(dòng)能達(dá)到某一值時(shí),氫光譜中譜線數(shù)增加到N'條,其中波長的最大值變?yōu)棣?。下列各式中可能正確的是(

)A.N'=N+n

B.N'=N+n-1C.λ'>λ

D.λ'<λ答案

AC探究四玻爾理論對氫原子光譜的解釋情境探究下圖是氫原子能級圖

(1)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí),氫原子的能量是多少?(2)如果氫原子吸收的能量大于13.6eV,會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?要點(diǎn)提示

(1)-13.6

eV。(2)核外電子脫離原子核的束縛成為自由電子。知識歸納1.對能級圖的理解(1)能級圖中n稱為量子數(shù),E1代表氫原子的基態(tài)能量,即量子數(shù)n=1時(shí)對應(yīng)的能量,其值為-13.6eV。En代表電子在第n個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量(電子的動(dòng)能與電勢能的和)。(2)能級橫線間的距離越大,能級差越大;量子數(shù)越大,能級越密;豎直線的箭頭表示原子躍遷方向,長度表示輻射光子能量的大小;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.能級躍遷處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會(huì)自發(fā)地向較低能級躍遷,經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。所以一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí),可能輻射出的光譜線條數(shù)為3.光子的發(fā)射原子由高能級向低能級躍遷時(shí)以光子的形式放出能量,發(fā)射光子的頻率由下式?jīng)Q定。hν=En-Em(Em、En是始末兩個(gè)能級且m<n)能級差越大,放出光子的頻率就越高。4.使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā),其光子的能量必須等于兩能級的能量差,否則不被吸收,不存在激發(fā)到n能級時(shí)能量有余,而激發(fā)到n+1時(shí)能量不足,則可激發(fā)到n能級的問題。(2)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如,自由電子)的能量而被激發(fā),由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于兩能級的能量差值(E=En-Em),就可使原子發(fā)生能級躍遷。閃光語錄處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會(huì)自發(fā)地向較低能級躍遷,經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。實(shí)例引導(dǎo)例4(2020寧夏期中)玻爾首先提出能級躍遷,如圖所示為氫原子的能級圖,現(xiàn)有大量處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷,下列說法正確的是(

)A.這些氫原子總共可輻射出6種不同頻率的光子B.氫原子由n=3能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的光波長最長C.用12eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時(shí),電子可以躍遷到n=2能級D.處于基態(tài)的氫原子吸收14eV的能量可以發(fā)生電離答案

D頻率最大,波長最短,故B錯(cuò)誤;處于基態(tài)的氫原子若吸收一個(gè)12

eV的光子后的能量為E=-13.6

eV+12

eV=-1.6

eV,由于不存在該能級,所以用12

eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時(shí),電子不可能躍遷到n=2能級,故C錯(cuò)誤;處于基態(tài)的氫原子吸收能量為13.6

eV的光子可以發(fā)生電離,剩余的能量變?yōu)楣怆娮拥淖畲蟪鮿?dòng)能,故D正確。規(guī)律方法

原子躍遷時(shí)需注意的三個(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),可能的情況只有一種,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(huì)有各種情況出現(xiàn)。(2)注意直接躍遷與間接躍遷原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí),有時(shí)可能是直接躍遷,有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況輻射(或吸收)光子的頻率不同。(3)注意躍遷與電離hν=En-Em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13.6

eV,只要能量大于或等于13.6

eV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(dòng)能越大。變式訓(xùn)練4(2020寧夏銀川一模)科學(xué)研究中需要精確的計(jì)時(shí)工具,如氫原子鐘,它的原理是用氫原子能級躍遷時(shí)輻射出來的電磁波去控制校準(zhǔn)石英鐘。如圖所示為氫原子的能級圖,則(

)A.當(dāng)氫原子處于不同能級時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的B.當(dāng)用能量為11eV的電子撞擊處于基態(tài)的氫原子時(shí),氫原子一定不能躍遷到激發(fā)態(tài)C.從n=4能級躍遷到n=2能級時(shí)釋放的光子可以使逸出功為2.75eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)D.氫原子從n=4能級躍遷到n=3能級比從n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的電磁波的波長長答案

D解析

處于不同能級時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率不同,故A錯(cuò)誤;當(dāng)用能量為11

eV的電子撞擊處于基態(tài)的氫原子時(shí),氫原子可以吸收其中的10.2

eV的能量,可能躍遷到激發(fā)態(tài),故B錯(cuò)誤;從n=4能級躍遷到