高中物理 第三章 原子结构之谜 第四节 原子的能级结构学案 粤教版选修3-5-粤教版高二选修3-5物理学案VIP免费

第四节原子的能级结构1.知道经典物理的困难在于无法解释光谱分立特性．2.知道能级结构猜想的主要内容．3.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念．4.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．5.了解玻尔模型的不足之处及其原因．一、能级结构猜想由于氢原子光谱是分立的，所以猜想原子内部的能量也是不连续的．1．能级：把原子内部不连续的能量称为原子的能级．2．跃迁：把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁．处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时辐射光子；原子吸收特定频率的光子或通过其他途径获得能量时，可以从低能级向高能级跃迁．原子辐射或吸收光子的能量为hν＝Em－En，其中Em、En分别为原子跃迁前后的能级．能级结构的猜想是针对线状谱提出的，还是连续谱提出的？提示：线状谱．二、氢原子的能级丹麦物理学家玻尔吸取前人思想，通过大胆假设，推导出氢原子的能级表达式为En＝－，n＝1，2，3，…，式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n是正整数，上式说明氢原子的能量是量子化的，n被称为能量量子数．正常情况下氢原子处于最低能级E1(n＝1)，这个状态称为基态，其他状态称为激发态．(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．()(2)电子吸收某种频率的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．()(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．()提示：(1)√(2)√(3)×对玻尔能级理论的理解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．模型中保留了卢瑟福的核式结构，但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动．例如，氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053nm，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之间的其他值．2．能量量子化：与轨道量子化对应的能量不连续的现象．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，这样的能量值称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫做激发态．对于氢原子，以无穷远处为势能零点时，基态能量E1＝－13.6eV.其能级公式：En＝，式中n称为量子数，对应不同的轨道，n取值不同，基态取n＝1，激发态n＝2，3，4…；量子数n越大，表示能级越高．能级图(如图所示)：3．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，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级差决定，即高能级Em(((((((((((((((低能级En.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．(多选)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．电子的轨道半径越大，原子的能量越大[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错误，B正确；电子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确．[答案]BD(1)处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的．(2)原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小．原子的能级跃迁问题1．氢原子能级跃迁的可能情况氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时可能直接跃迁到基态，也可能先跃迁到其他低能级的激发态，然后再到基态，因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能的值为C，即种可能情况．2．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题．(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，就可使原子发生能级跃迁．3．原子跃迁时需注意的几个问题(1)注意一群原子和一个原子：...