高中物理 第3章 第3、4节 氢原子光谱 原子的能级结构课件 粤教版选修3-5

2019-2020年高中物理 第3章 第3、4节 氢原子光谱 原子的能级结构学案 粤教版选修3-5玻尔的原子模型⎩⎪⎨⎪⎧⎩⎪⎨⎪⎧内容对光谱的解释能级及能级跃迁应用⎩⎪⎨⎪⎧解释氢原子的发光现象根据能级跃迁计算光子的能量、波长等1．原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱．2．每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱不同，因而原子光谱被称为原子的指纹．3．人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线称为巴耳末系，其公式为1λ＝，n ＝3，4，5，… 4．由于氢原子光谱是分立的，因此我们猜想原子内部的能量也是不连续的，并把此能量称为原子的能级．5．氢原子的能级公式为En ＝，n ＝1，2，3，…其中E 1＝－13.6_eV ，这个最低能级对应的状态称为基态，其他状态称为激发态．6．处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射，辐射出来的能量等于两能级间的能量差．基础达标1．(多选)关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是(AB )A ．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力B ．电子绕核运动的轨道半径只能取某些特定的值，而不是任意的C ．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些分立值D ．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率解析：由玻尔理论知，A 、B 正确；因电子轨道是量子化的，所以原子的能量也是量子化的，C 错误；电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，原子辐射的能量与电子绕核运动无关，D 错误．2．大量氢原子从n ＝5的激发态，向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是(D )A ．4条B ．6条C ．8条D ．10条解析：由题意可知，当大量氢原子从n ＝5能级跃迁时，有C25＝10条光谱线产生．3．下列物质产生的光谱是线状谱的是(D )A ．炽热的钢水B．发亮的白炽灯C．炽热的高压气体D．固体或液体汽化成稀薄气体后发光解析：炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续谱．4．(多选)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有(BD)A．它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B．它发展了卢瑟福的核式结构学说C．它完全抛弃了经典的电磁理论D．它引入了普朗克的量子理论解析：玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误、B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误、D正确．5．一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中(B) A．可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线B．可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线C．只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线D．只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线解析：当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线．6．(多选)有关原子光谱，下列说法正确的是(BD)A．原子光谱不能反映原子结构特征B．氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的C．太阳光谱是连续谱D．鉴别物质的成分可以采用光谱分析解析：不同的原子发出的谱线不相同，每一种原子都有自己的特征谱线，利用光谱分析可以用来确定元素，原子光谱可以间接反映原子结构的特征，故B、D正确，A错误．太阳光谱是不连续的，故C不正确．能力提升7．氢原子的能级图如图所示．欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，则该氢原子需要吸收的能量至少是(A)A．13.60 eV B．10.20 eVC．0.54 eV D．27.20 eV解析：要使氢原子变成氢离子，是使氢原子由低能级向高能级跃迁，需要吸收的能量大于等于ΔE＝En－E1＝0－(－13.60) eV＝13.60 eV，选项A满足题意．8．根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是(C)A．若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为hν＝En B．电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是νC．一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子D．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁解析：原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En 不相等，故A错；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错．9．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示：处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(A) A．红、蓝—靛 B．黄、绿C．红、紫 D．蓝—靛、紫解析：本题意在考查考生对氢原子能级的理解，并能正确结合电磁波谱解决氢原子跃迁的能级问题．由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.61～3.10 eV，故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E1＝－0.85 eV－(－3.40)eV＝2.55 eV，即蓝—靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E2＝－1.51 eV－(－3.40)eV＝1.89 eV，即红光．10．如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时．(1)有可能放出几种不同能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？波长是多少？解析：(1)由N＝，可得N＝＝6种；(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长，根据hν＝E4－E3＝－0.85－(－1.51) eV＝0.66 eV，λ＝＝答案：(1)6 (2)第四能级向第三能级 1.88×m。

3.4 原子的能级结构 学案【学习目标】（1）了解原子的能级、跃迁、能量量子化以及基态和激发态等概念。

（2）了解原子能量量子化的提出，理解原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系。

（3）知道氢原子的能级公式，以及能利用此分析一些有关原子能级的问题（4）能用原子的能级结构解释氢原子光谱的不连续性【学习重点】氢原子的能级结构及量子化的理解。

【知识要点】1．玻尔的原子理论（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

这些状态叫定态。

（本假设是针对原子稳定性提出的）（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E n ）跃迁到另一种定态（设能量为E m ）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 n m E E h -=ν（h 为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。

（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）2.玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：轨道半径：12r n r n = n=1，2，3……能 量： 121E n E n = n=1，2，3…… 式中r 1、E 1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，r n 、E n 分别代表第n 条可能轨道的半径和电子在第n 条轨道上运动时的能量，n 是正整数，叫量子数。

3．氢原子的能级图从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。

（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径r n ： r n =n 2r 1，r 1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径r 1=0.53×10-10 m例：n=2， r 2=2.12×10-10 m（2）氢原子的能级：①原子在各个定态时的能量值E n 称为原子的能级。