【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-5）：第三章 第四节 原子的能级结构（40张ppt）

课件40张PPT。第四节　原子的能级结构1．了解原子的能级、跃迁、能量量子化以及基态和激发态等概念．
2．了解原子能量子化是如何提出来的，理解原子发射与吸收光子的频率和能级差的关系．
3．知道氢原子能级公式，以及能利用能级公式分析一些有关能级的问题．
4．能用原子的能级结构解释氢原子的光谱的不连续性．按经典理论电子绕核旋转做加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中．
轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的， 原子光谱应是连续的光谱．实验表明原子相当稳定，这一结论与实验不符．实验测得原子光谱是不连续的谱线．氢原子的发光原理是什么，用什么理论来解释氢原子的发光现象？一、能级结构猜想
1．原子内部________能量称为原子的能级；原子从一个能级变化到另一能级的过程叫做________．
2．跃迁时辐射(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 ______________(h为普朗克常量)．
二、氢原子的能级
1．氢原子的能级：____________________或________________________．　跃迁不连续的hν＝Em－En2．在正常状态下，氢原子处于____________________，这个____________对应的状态称为基态．
3．________对应的状态称为激发态．
4．氢原子的能级图如图所示：较高能级最低的能级E1(n＝1)最低能级玻尔理论的理解一、经典电磁理论的困惑
1．原子是否稳定：电子绕核旋转，做的是一种变加速运动，因而就要向外辐射电磁波，由于能量不断的向外辐射，使得电子绕核运动的轨道半径也要减小，这样电子会沿着螺旋线落在原子核上，因而原子是不稳定的，但事实上原子通常是稳定的．2．原子发光：所发射光的频率遵循经典电磁理论，电子绕核运动时辐射的电磁波的频率等于电子绕核运动的频率，当电子运动的轨道半径逐渐减小时，辐射的电磁波频率将不断增大，这样大量原子发光时所发射的光应包含各种频率的光，而实际上原子所发出的光的频率是不连续的．
二、玻尔理论的三个要点
1．能级(定态)假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．2．跃迁假设：原子从一种定态(设能量为En)跃迁到另一种定态(设能量为Em)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 hν＝Em－En.
3．轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是分立的． 下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是(　　)
A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量
B．原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量
C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子
D．原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的解析：由玻尔理论的三个要点可知，选项A、B、D说法是正确的；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能辐射，也可能吸收一定频率的光子．
答案：C课堂训练1．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有，hν＋E1＝ mv2，所以电离后电子速度 为 .
答案：越大　氢原子的能级跃迁理解一、能级及可能轨道半径
原子内部不连续的能量称为原子的能级．能量的最低状态叫基态，氢原子的基态能量：E1＝ －13.6 eV, E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量．其它能级状态叫激发态．
其它各能级的关系为：En＝ E1 (n＝1,2,3…n是正整数，叫量子数)，它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量(包括动能和势能)．
E2＝ －3.4 eV
E3＝ －1.51 eV
E4＝ －0.85 eV …氢原子的能级图如上面图所示．
电子离核最近的一条可能轨道的半径r1＝0.53×10－10 m；其它各条可能轨道的半径rn＝n2r1( n＝1,2，3…n是正整数，叫量子数)．二、氢原子能级跃迁的可能
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，则它有可能向量子数为1、2、3、…(N=（n-1）+（n-2）+（n-3）+…+1= .三、光子和实物粒子都可能使能级跃迁
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，即hν＝Em－En，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时能量不足的问题．
2．原子还可吸收外来实物粒子(如电子)的能量而被激发，实物粒子与原子核作用时，一般通过碰撞将能量转给原子，要使原子跃迁，电子的能量必大于或等于两定态的能级，即E≥Em－En；原子从一种定态(设能量为En)跃迁到无穷远处的现象叫电离，发生电离时，原子获得的能量必E≥－En.四、原子跃迁时需注意的问题
1．注意一群原子和一个原子．氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，如果是一群原子，这些原子核外电子跃迁时就会有各种情况出现．
2．注意直接跃迁和间接跃迁．原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况辐射(或吸收)光子的频率不同． 图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光下列说法正确的是(　　)A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应．
解析：波长最长的光最容易发生衍射现象，是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的，因此，从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的光子的频率也是最小的，故A、B错；由n＝4能级向低能级跃迁可辐射6种不同频率的光，从n＝2能级到n＝1能级跃迁时放出光子的能量为10.2 eV，能使逸出功为6.34 eV的全属铂发生光电效应，故C错，D对．
答案： D课堂训练2．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示：处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(　　)
A．红、蓝—靛　　　　　　　　B．黄、绿
C．红、紫 D．蓝—靛、紫解析：如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝—靛，A正确．
答案：A1．（双选）关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是(　　)
A．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力
B．电子绕核运动的轨道半径只能取某些特定的值，而不是任意的基础达标C．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些分立值
D．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率解析：由玻尔理论知，A、B正确；因电子轨道是量子化的，所以原子的能量也是量子化的，C错误；电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，原子辐射的能量与电子绕核运动无关，D错误．
答案：AB2．大量原子从n＝4的激发态向低能态跃迁时，产生的光谱线数是(　　)
A．2条 B．4条
C．6条 D．8条解析：从n＝4向低能级跃迁有3条，从n＝3向低能级跃迁有2条，从n＝2向低能级跃迁有1条，总共6条，即N＝ .
答案：C3．（双选）根据玻尔理论，氢原子核外电子在第1条轨道和第2条轨道运行时(　　)
A．轨道半径之比为1∶4
B．轨道能级的绝对值之比为2∶1
C．运行周期之比为1∶8
D．电子动能之比为1∶44．氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态，设真空中的光速为c，则(　　)
A．吸收光子的波长为
B．辐射光子的波长为
C．吸收光子的波长为
D．辐射光子的波长为解析： 由玻尔理论的跃迁假设，当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子，故A、C错；由关系式 ν＝ ，得辐射光子的波长λ＝ ，故B错，D对．
答案：D5．氢原子从能级A跃迁到能级B，吸收频率ν1的光子，从能级A跃迁到能级C释放频率ν2的光子，若ν2＞ν1则当它从能级C跃迁到能级B将(　　)
A．放出频率为ν2－ν1的光子
B．放出频率为ν2＋ν1的光子
C．吸收频率为ν2－ν1的光子
D．吸收频率为ν2＋ν1的光子解析：从能级A跃迁到能级B，吸收能量，说明B能级高于A能级．从能级A跃迁到能级C释放能量说明A能级高于C能级．因此可推断从能级C跃迁到能级B将吸收ν1和ν2的能量之和．
答案：D6．已知氢原子的能级公式为： En＝ E1，其中E1＝ －13.6 eV.现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受照射后的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，则该照射单色光的光子能量为(　　)
A．13.6 eV B．12.75 eV　
C．12.09 eV D．10.2 eV解析：受照射后的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，说明氢原子受光照射后是从1能级跃迁到3能级．故：hν＝Em－En＝(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV.
答案：C7．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示，在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(　　)
A．40.8 eV
B．43.2 eV
C．51.0 eV
D．54.4 eV能力提升解析：要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件，即吸收的光子的能量必须是任意两个能级的差值，40.8 eV是第一能级和第二能级的差值，51.0 eV是第一能级和第四能级的差值，54.4 eV是电子电离需要吸收的能量，均满足条件，选项A、C、D均可以，而B选项不满足条件．
答案：B8．下图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有(　　)
A．两种
B．三种
C．四种
D．五种解析：能够从金属钾表面打出光电子的光子的能量必大于金属钾的逸出功2.22 eV，从n＝4能级向低能级跃迁的氢原子，能够发出6种不同频率的光子，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级和从n＝3能级跃迁到n＝2能级时放出的光子的能量小于2.22 eV，不能从金属钾表面打出光电子．
答案：C9．如右下图所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2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．解析：氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，满足：hν＝En－E2＝2.55 eV
可得：En＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以n＝4.
基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供：
ΔE＝E4－E1＝12.75 eV
跃迁图见下图：
答案：12.75 eV　见解析图10．氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时：
(1)电子的动能；
(2)原子的电势能；
(3)用波长是多少的光照可使其电离？(已知电子质量m＝9.1×10－31 kg)解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，
则 ，所以电子动能Ek1＝
＝ eV＝13.6 eV.
(2)因为E1＝Ek1＋Ep1，
所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV.≈(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离：
＝0－E1.
所以λ＝ m
＝9.14×10－8 m.
答案：(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV　(3)9.14×10－8 m≈感谢您的使用，退出请按ESC键本小节结束