高中物理选择性必修三 同步导学案 4.4.2 氢原子光谱和玻尔的原子模型

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4.4.2
氢原子光谱和玻尔的原子模型
一、自主学习
1.玻尔原子模型
(1)原子中的电子在_______的作用下，绕_______做圆周运动。
(2)电子绕核运动的轨道是_______的。
(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，且不产生_______。
2.定态
当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作_______，原子具有确定能量的稳定状态，称为_______。能量最低的状态叫作基态，其他的能量状态叫作_______。
3.跃迁
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为Em，m二、课堂探究
[复习回顾]试回顾上节课所学的卢瑟福核式结构模型与经典的电磁理论发生的两个矛盾。
矛盾一：无法解释原子的稳定性。
矛盾二：无法解释原子光谱的分立性。
丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913
年把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说。
（一）玻尔原子理论的基本假设
氢原子的电子轨道示意图
结论1：轨道量子化——针对原子核式结构模型提出
①绕核运动的电子轨道半径只能是某些_______的数值
②电子在轨道绕核转动是_______的，不产生电磁辐射
氢原子的电子轨道示意图
结论2：能量量子化（定态、能级）——针对原子的稳定性提出
①_______：原子中具有确定能量的稳定状态
_______：能量最低的状态(离核最近)
_______：其他的能量状态
②_______：原子的在各种定态时的能量值
结论3：_______(跃迁假说)——针对原子光谱是线状谱提出
跃迁：原子在从高（低）能级跳到低（高）能级电子辐射（吸收）光子的过程。
频率条件:_______(Em>En)
（二）玻尔理论对氢光谱的解释
氢原子能级图
[思考]描述原子向低轨道跃迁时，能量的变化。
结论4：
向低轨道跃迁：_______光子
跃迁时发射光子的能量：hv=Em-En
[思考]描述原子向高轨道跃迁时，能量的变化。
结论5：
向高轨道跃迁：_______光子
跃迁时吸收光子的能量：hv=Em-En
[思考]尝试分析跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化
结论6：
当n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能_______、原子势能_______、向外辐射能量，原子能量_______。
当n增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能_______、原子势能_______、从外界_______能量，原子能量_______。
（三）玻尔模型的局限性
[思考]怎样修改玻尔模型？
思想：必须彻底放弃经典概念
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
氢原子电子云示意图
结论7：
当原子处于不同的状态时，电子在各处出现的概率是不一样的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的_______，画出图来就像云雾一样，人们形象地把它叫作__________。
三、典题精讲
【例题1】根据玻尔理论,下列关于氢原子的论述正确的是(　　)
A.若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,氢原子要辐射的光子能量为hν=En
B.电子沿某一轨道绕核运动,若圆周运动的频率为ν,则其发光的频率也是ν
C.一个氢原子中的电子从一个半径为Ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为Rb的轨道,已知Ra>Rb,则此过程原子要辐射某一频率的光子
D.氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁
【例题2】如图为玻尔解释氢原子光谱画出的氢原子能级图，一群处于n=4激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的是（　　）
A．这群氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子
B．核外电子的轨道半径减小、动能增大
C．由n=4能级跃迁到n=1能级时发出光子的波长最长
D．已知金属钾的逸出功为2.25eV，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子可使金属钾发生光电效应
核心素养专练
1．一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的不同频率的光子有（　　）
A．1种
B．2种
C．3种
D．4种
2．根据玻尔理论，当氢原子发出一个光子后，下列结论不正确的是（　　）
A．原子的能量将减少
B．原子的电势能将减少
C．核外电子绕核运转的周期将减小
D．核外电子绕核运转的动能将减少
3．关于下列四幅图说法正确的是（　　）
A．玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行轨道的半径是任意的
B．光电效应产生的条件为：光照强度大于临界值
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性
D．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明金原子质量大而且很坚硬
4.氢原子的能级示意图如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A．处于基态的氢原子吸收能量为13.7eV的光子后可以发生电离
B．处于n=2能级的氢原子可以吸收能量为3.0eV的光子跃迁到n=3能级
C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射在金属表面上一定能发生光电效应
D．一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出3种不同频率的光子
5.如图所示为氢原子的能级图，已知巴尔末线系是氢原子从较高能级跃迁到n=2能级时发出的谱线，一束单一频率的光照射一群处于基态的氢原子使其发生跃迁，发出的谱线中仅有2条是巴尔末线系，则这束光的光子能量为（　　）
A．2.55eV
B．12.09eV
C．12.75eV
D．13.06eV
6.原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，则（　　）
A．核外电子受力减小
B．核外电子的电势能减小
C．核外电子的动能减小
D．原子的能量增大
7.氦离子（He+）和氢原子一样，原子核外都只有一个电子，因此它们有着相似的能级图，如图所示分别为氢原子和氦离子的能级图。一群处于量子数n=4的激发态氦离子，能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光子（已知金属钨的逸出功为4.54eV），下列说法正确的是（　　）
A．最多有3种频率的光子
B．有3种频率的光子能使金属钨发生光电效应
C．有3种频率的光子能够使处于基态的氢原子电离
D．氦离子和氢原子分别从量子数n=2的激发态向n=1的基态跃迁，辐射的光子使金属钨发生光电效应，逸出光电子的最大初动能相同
8．氢原子辐射出一个光子后，（　　）
A．电子绕核旋转半径增大
B．电子的动能增大
C．氢原子的电势能增大
D．原子的能级值增大
9.由玻尔原子理论，氦离子He+能级如图所示，电子在n=3轨道上比在n=4轨道上离氦核的距离_________（选填“大”或小）。当大量处在n=3的激发态的He+发生跃迁时，所发射的谱线有_________条。
10.如果大量氢原子处在n=3的能级，会辐射出_________种频率的光？其中波长最短的光是在_________两个能级之间跃迁时发出的？
参考答案
自主学习
库仑引力
原子核
量子化
电磁辐射
能级
定态
激发态
En-Em
课堂探究
结论1：分立
稳定
结论2：定态
基态
激发态
能级
结论3：频率条件
hv=Em-En
结论4：发射
结论5：吸收
结论6：增加
减小
减小
减小
增大
吸收
增大
结论7：概率
电子云
典题精讲
【例题1】C
【例题2】B
核心素养专练
1.C
2.D
3.C
4.A
5.C
6.B
7.C
8.B
9.小，3
10.3，第3和第1
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