2.3玻尔的原子模型 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）

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1、第3节玻尔的原子模型目标定位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发光问题一、玻尔的原子模型1定态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做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态2跃迁假设原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，即hE2E1.3轨道假设原子的不同能量状态对应于电子不同的运行轨道，原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道也是不连续的轨道半径r跟电子动量mv的乘积满足下式的这些轨道才是可能的mevrn(n1,2,3，)式中n是正整数

2、，称为量子数想一想氢原子从高能级向低能级跃迁时，是不是氢原子所处的能级越高，释放的光子能量越大？答案不一定氢原子从高能级向低能级跃迁时，所释放的光子的能量一定等于能级差，氢原子所处的能级越高，跃迁时能级差不一定越大，释放的光子能量不一定越大二、氢原子的能级结构1氢原子的能级公式和轨道半径公式En(n1,2,3，)rnn2r1(n1,2,3，)式中E113.6 eV，r10.531010m.2氢原子能级图如图1所示图13解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两能级差，由于原子的能级是不连续的，所以放出的光子的能量也是不连续的，因此原子的发射的光频率也不同一、对

3、玻尔理论的理解1轨道量子化(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值(2)氢原子的电子最小轨道半径为r10.053 nm0.531010 m，其余轨道半径满足rnn2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数2能量量子化(1)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(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E113.6 eV.(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动氢原子各能级的关系

4、为：EnE1(E113.6 eV，n1,2,3，)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量差决定，即高能级低能级En【例1】(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是()A核外电子运动轨道半径可取任意值B氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即h|EmEn|D氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量答案BC解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原

5、子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误【例2】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中()A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大答案D解析根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：km，又Ekmv2，所以Ek.由此式可知：电子离核越远，即r越

6、大时，电子的动能越小，故A、C错；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D正确借题发挥当氢原子从低能量态En向高能量态Em(nm)跃迁时，r增大，Ek减小，Ep增大(或r增大时，库仑力做负功，电势能Ep增大)，E增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hEmEn.二、原子能级和能级跃迁的理解1氢原子能级图如图2所示 图22根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n的氢原子跃迁到基态时，可能辐射出不同频率的光子数可用NC计算3原子从低能级向高能级跃迁：只能吸收一定能量的光子，即当一个光子的能量满足hE末E初时，才可能被某一个原子吸收，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能

7、被原子吸收；原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差【例3】如图3所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子，问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图 图3答案12.75 eV跃迁图见解析图解析氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，满足：hEnE22.55 eVEnhE20.85 eV所以n4基态氢原子要跃迁到n4的能级，应提供的能量为EE4E112.75 eV.跃迁图如图所示 借题发挥(1)如果是一个氢原子，从某

8、一激发态向基态跃迁时，可能发出的不同频率的光子数为n1.(2)如果是一群氢原子，从某一激发态向基态跃迁时，发出不同频率的光子数为：N.针对训练如图4所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级处在n4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光子中，波长最长的是()图4An4跃迁到n1时辐射的光子Bn4跃迁到n3时辐射的光子Cn2跃迁到n1时辐射的光子Dn3跃迁到n2时辐射的光子答案B解析根据玻尔理论：EmEnhh，能级差越小，发射光子的越小，越长，故B对.对玻尔理论的理解1(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有()A原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子

9、做加速运动，但不向外辐射能量B原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率答案ABC解析A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关2(多选)对氢原子能级公式En的理解，下列说法中正确的是()A原子定态能量En是指核外电子动能与核之间的静电势能

10、的总和BEn是负值CEn是指核外电子的动能，只能取正值D从式中可以看出，随着电子运动半径的增大，原子总能量减少答案AB解析这里是取电子自由态作为能量零点，所以电子处在各个定态中能量均是负值，En表示核外电子动能和电子与核之间的静电势能的总和，所以选项A、B对，C错，因为能量是负值，所以n越大，En越大，D错氢原子能级及跃迁3(多选)氢原子能级如图5所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()图5A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C一群处于n3能级上的氢原子向低

11、能级跃迁时最多产生3种谱线D用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级答案CD解析由氢原子能级图可知氢原子从n2跃迁到n1的能级的能量差大于从n3跃迁到n2的能级的能量差，根据|EnEm|h和可知，|EnEm|h，选项A错误；同理从n1跃迁到n2的能级需要的光子能量大约为从n3跃迁到n2的能量差的五倍左右，对应光子波长应为从n3跃迁到n2的能级辐射光波长的五分之一左右，选项B错误；氢原子从n3跃迁到n1的能级的能量差最多有三种情况，即对应最多有三种频率的光谱线，选项C正确；氢原子在不同能级间跃迁必须满足|EnEm|h，选项D正确4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()A01 B321C0123 D.答案B解析大量氢原子跃迁时，只有三种频率的光谱，这说明是从n3能级向低能级跃迁，根据跃迁公式有，h3h2h1，解得：321，选项B正确.