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1、高中物理第3章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型学案沪科版选修3-53.3量子论视野下的原子模型学习目标重点难点1知道玻尔理论的主要内容。2记住氢原子能级和轨道半径的规律。3知道玻尔理论对氢原子光谱的成功解释和局限性。重点：氢原子能级和轨道半径的公式。难点：利用氢原子能级和轨道半径的公式分析问题。一、把量子论引入原子模型1玻尔理论的建立背景和观点（1）经典理论的困难：电子绕核高速运转辐射能量，最终落到原子核上，但事实并非如此，原子是稳定的。（2）玻尔的观点：玻尔接受了普朗克的量子化思想，提出了量子化的原子模型。2玻尔理论基本假设内容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
2、中的原子是稳定的。这些状态叫定态。只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射跃迁假设原子从能量为Em的定态跃迁到能量为En的定态时，辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量为hEmEn轨道假设原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，原子的能量状态是不连续的，因而电子围绕原子核运动的轨道半径也是不连续的，只能是一些分立的数值，即rnn2r1，EnE1（n1,2,3，），其中r10.531010m，E113.6 eV预习交流1经典电磁理论认为，电子绕原子核运转时要向外辐射电磁波，玻尔也是这样认为的吗？答案：不是。玻尔认为，处于定态的原子，虽然绕核运转，但并不向外辐射电磁波。二、能级原子光谱
3、1能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因而各定态的能量只能取一些分立值，原子在各定态的能量值叫原子的能级。2氢原子的能级图：预习交流2玻尔原子模型的突出特点是什么？玻尔模型是否完全否定了卢瑟福的核式结构模型？答案：玻尔原子模型的突出特点是引入了轨道量子化和能量量子化，玻尔原子模型保留了卢瑟福的轨道，所以并没用完全否定核式结构模型。三、玻尔理论的成就和局限玻尔理论的成就：玻尔理论第一次将量子论引入原子领域；提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢光谱的实验规律。一、对玻尔原子模型的理解玻尔原子模型中，原子从一种定态怎样实现到另一种定态的？是跃迁还是渐进？能量是吸收还是放出？答案：原子从一种
4、定态（设能量为Em）跃迁到另一种定态（设能量为En）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hEmEn可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫做电子的跃迁。氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是（）。A核外电子受力变小B原子的能量减少C氢原子要吸收一定频率的光子D氢原子要放出一定频率的光子答案：BD解析：由玻尔理论知，当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，要放出能量，故要放出一定频率的光子；电子的轨道半径小了，由库仑定律知
5、，它与原子核之间的库仑力大了，故A、C错，B、D正确。求解氢原子结构问题的方法（1）求解电子在某条轨道上的运动时，要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来。即用两公式结合判定。（2）求解氢原子要吸收一定频率的光子跃迁时原子在各定态之间跃迁时原子跃迁条件hEmEn，一次跃迁只能吸收（或放出）一个光子的能量，且光子能量恰好等于两能级之差。原子向电离态跃迁时，吸收的能量大于或等于原子所处能级的能量的绝对值。即hEEm，入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。二、对氢原子能级跃迁的深入理解如何计算处于激发态的氢原子向低能级跃迁时辐射的光谱线条数？答案：处于激发态的氢原子是
6、不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，所以一群氢原子处在量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数为：N。（2010新课标）用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线，且321，则（）。A01B321C0123 D答案：B解析：在光谱中仅能观测到三条谱线，可知基态的氢原子被激发到n3，且h3h2h1，30，选项B正确。氢原子跃迁时应注意的几个问题：1能量值恰好等于某两个能级之差的光子才可以被氢原子吸收，在能级之间发生跃迁。2解题时要注意是直接跃迁还是间接跃迁。例如要从n1跃迁到n3，如果是直接跃迁，则吸收的光子的频
7、率是唯一的，即hE3E1；若是间接跃迁，可以是从n1到n2，再由n2到n3，这样吸收光子的能量是两种。3在能级图中，量子数越大，能级越密。能级图中，竖直箭头的方向表示原子跃迁的方向，长度表示辐射光子的能量大小。4若入射光子的能量大于原子的电离能，如氢原子的电离能是13.6 eV，则原子也会吸收跃迁，此时核外电子可以脱离原子核的吸引成为自由电子，光子能量大于电离能的部分转变为自由电子的动能。1氢原子处于量子数n3的状态时，要使它的核外电子成为自由电子，吸收的光子能量应是（）。A13.6 eV B1.5 eV C1.51 eV D0.54 eV答案：AC解析：只要被吸收的光子能量大于等于n3的状态
8、时所需的电离能1.51 eV即可，多余能量作为电离后自由电子的动能。2按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（）。A第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为：rmrnm2n2B第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为：EmEnn2m2C电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是，则其发光频率也是D若氢原子由能量为E的定态，向低能级跃迁时则其发光频率为答案：AB解析：由rnn2r1知A正确；由En知B正确；由于氢原子发光的光子能量hEmEn，知C错误；原子由能量为E的定态向低能级跃迁时，辐射光子能量E辐与E不同，故D错误。3氢原子的基态能量为E1，如图，四个能级图能正确代表氢原
9、子能级的是（）。答案：C解析：根据氢原子能级图特点：上密下疏，再联系各激发态与基态能量关系EnE1，故C正确。4氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级放出光子的频率为，则它从基态跃迁到n4的能级吸收的光子频率为（）。A B C D答案：D解析：氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级，hE3E2E1则从基态跃迁到n4的能级，吸收光子能量hE4E1E1E1由得，选项D正确。5关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有（）。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答案：BD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，B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多的引入经典力学所困，故C错，D正确。11
高中物理第3章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型学案沪科版选修3-5
