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导学案 沪科版选修3-5-沪科版高二选修3-5物理学案VIP专享VIP免费

学案3量子论视野下的原子模型[学习目标定位]1.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．1．爱因斯坦的光子说：光的能量是不连续的，而是一份一份的，一份叫一个光子，一个光子的能量为hν.2．eV是能量的单位，1eV＝1.6×10－19J.3．玻尔理论(1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，这些状态叫做定态，处于定态的原子并不对外辐射能量．只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射．(2)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，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En.(3)轨道假设：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rn＝n2r1，En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6eV.4．能级、原子光谱(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，我们把原子在各定态的能量值叫做原子的能级．(2)基态和激发态①基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态．②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态．(3)原子光谱原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向低能级的激发态或基态跃迁，这一过程是辐射能量的过程，能量以光子的形式辐射出去．1各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可能发射的光的频率也不同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而具有自己的原子光谱．5．玻尔理论的成就和局限(1)玻尔理论的成就玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域；提出了能级和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律．(2)玻尔理论的局限性没有彻底摆脱经典物理学的束缚，对更复杂的原子光谱无法解释．原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的概率不同．电子在各处出现的概率，就像云雾一样，人们把它叫做电子云.一、对玻尔理论的理解[问题设计]按照经典理论核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动．我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否变为电子—原子核模型呢？答案不是．在玻尔的理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值．[要点提炼]对玻尔原子模型的理解1．轨道量子化(1)轨道半径只能够是某些分立的数值．(2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0.053nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，n为量子数，n＝1,2,3，….2．能量量子化不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．原子各能级：En＝E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3，…)23．能级跃迁与光子的发射和吸收：(1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会发射光子，放出光子的能量hν与始末两能级Em、En之间的关系为：hν＝Em－En.(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从低能级跃迁到高能级．[延伸思考]为什么氢原子的定态能量为负值？氢原子由低能级跃迁到高能级的过程中动能如何变化？电势能Ep及轨道能量如何变化？答案氢原子的定态能量包括两种能量：电子绕核运动的动能及电子—氢原子核系统的电势能．在研究电势能时我们通常取无穷远处作零势能，设电子距核的半径为r，电子质量为m，由k＝m可知电子的动能Ek＝k，而电势能的表达式为Ep＝－k，两者之和即为轨道能量E＝Ek＋Ep＝－k，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r1＝0.053nm，E1＝－13.6eV是其定态能量的最低值．从氢原子核外电子的动能Ek、电势能Ep及轨道能量E的表达式可以看出当氢原子从低能级En向高能级Em(n