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教师用书 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

3.3量子论视野下的原子模型学习目标知识脉络1.知道卢瑟福核式结构模型存在的弱点以及玻尔理论的主要内容.(重点)2.掌握氢原子的轨道半径的规律、氢原子能级及电磁辐射的规律.(重点、难点)3.了解原子光谱及其意义.(重点)4.了解玻尔理论的成就与局限性.玻尔的原子模型[先填空]1.玻尔理论的建立背景(1)经典理论的困难电子绕原子核高速运转，必然向外辐射电磁波，辐射能量后的电子将因原子核的引力作用而沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此.(2)玻尔的工作玻尔在卢瑟福模型的基础上，把普朗克的量子论引入了原子系统，建立了玻尔理论.2.玻尔理论的内容(1)玻尔理论的主要假设①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，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.(2)玻尔理论的结果①氢原子的电子轨迹半径为rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)②氢原子的能量为En＝E1(n＝1,2,3，…)r1、E1为电子的第一条轨迹半径以及对应的能量，且r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6_eV.[再判断]1.玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型.(×)2.玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量.(√)3.玻尔理论认为电子绕核运转的半径可以取一系列不连续的任意值.(×)1[后思考]请思考原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾是什么.【提示】电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾.[核心点击]1.轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.氢原子各条可能轨道上的半径rn＝n2r1(n＝1,2,3…)其中n是正整数，r1是离核最近的可能的轨道半径，r1＝0.53×10－10m.其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值.这样的轨道形式称为轨道量子化.2.能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态.(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的.氢原子的电子在各条轨道上运动时氢原子的能量En＝E1(n＝1,2,3…)E1代表电子在离核最近的可能轨道上运动时氢原子的能量E1＝－13.6eV.(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能.1.由玻尔理论可知，下列说法中正确的是()A.电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B.处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C.原子内电子的可能轨道是连续的D.原子的轨道半径越大，原子的能量越大E.原子的能量是不连续的【解析】按照经典物理学的观点，电子绕核运动有加速度，一定会向外辐射电磁波，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A、C错，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确；原子轨道是不连续的，原子能量也是不连续的，E正确.【答案】BDE2.根据玻尔理论，氢原子核外电子在n＝1和n＝2的轨道上运动时，其运动的()A.轨道半径之比为1∶4B.动能之比为4∶1C.速度大小之比为4∶1D.周期之比为1∶8E.向心加速度之比为8∶1【解析】由轨道量子化rn＝n2r1知r1∶r2＝1∶4，故A正确；由k＝m得Ek＝mv2＝，故Ek1∶Ek2＝r2∶r1＝4∶1，故B选项正确，C选项错误；由k＝m()2·r得T＝，故T1∶T2＝＝1∶8，故D正确；由k＝ma得：a＝k，故a1∶a2＝∶＝16∶1，E错误.【答案】ABD3.氢原子在电子轨道半径r1＝0.53×10－10m时，能量E1＝－13.6eV.求：2(1)电子的动能；(2)氢原子的电势能；(3)电子在核外旋转的等效电流.(已知电子质量m＝9.1×10－31kg)【解析】(1)设氢原子核外电子速度v1，则k＝所以电子动能Ek1＝mv＝＝eV＝13.6eV.(2)因为E1＝Ek1＋Ep1，所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6eV－13.6eV＝－27.2eV.(3)等效的环形电流I＝e/T，由＝mr2可得T＝2π.所以I＝＝，代入数据得：I＝1.05×10－3A.【答案】(1)13.6eV(2)－...