1、4 玻尔的原子模型,【自主预习】 1.玻尔原子理论的基本假设: (1)轨道假设:原子中的电子在_的作用下绕原 子核做_运动,电子绕核运动的轨道半径是_ 的,只能是某些分立的值,即轨道是_的。,库仑引力,圆周,不连续,量子化,(2)定态假设: 定态:电子在不同的轨道上运动时,虽做变速运动,但 并不向外辐射电磁波的相对稳定状态。原子处于不同 的定态,具有不同的_,即原子的能量是_的。 基态:原子处于_能级时,电子在离核最近的轨道 上运动的定态。 激发态:原子处于_能级时,电子在离核较远的轨 道上运动的定态。,能量,量子化,最低,较高,(3)跃迁假设:原子在不同的定态具有不同的能量,从一 个定态向另
2、一个定态跃迁时要辐射或_一定频率的 光子,辐射或吸收的光子的能量等于这两个定态的_ _,即_,这个公式称为频率条件,又称为辐射 条件。,吸收,能级,差,h=Em-En,2.玻尔理论对氢光谱的解释和玻尔模型的局限性: (1)玻尔理论对氢原子光谱的解释: 从玻尔的基本假设出发,运用经典电磁理论和经典力 学理论,可以计算出氢原子可能的_及相应的 _。,轨道半径,能量,玻尔理论与巴耳末公式:根据玻尔理论的频率条件可以推导出巴耳末公式,并且从理论上算出里德伯常量R的值。这样得到的结果与实验值相符合。同样玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系。,玻尔理论与气体导电管的发光:原子处于基态时最稳 定
3、,气体放电时受到高速电子的撞击,有可能跃迁到激 发态,处于激发态的原子_,会自发地向能量较低 的能级跃迁,放出_,最终回到基态。这就是气体导 电时发光的机理。,不稳定,光子,玻尔理论与原子光谱的分立性:原子从高能级向低能 级跃迁时放出的能量等于前后两个能级的_,由 于原子的_是分立的,所以放出的光子的能量也是 分立的。因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。,能量差,能级,玻尔理论与原子的特征谱线:由于不同的原子具有不 同的结构,能级各不相同,因此辐射(或吸收)的光子的 _也不相同。这就是不同元素的原子具有不同的 _的原因。,频率,特征谱线,(2)玻尔理论的成功之处:玻尔理论第一次将_观念 引入
4、原子领域,提出了_和_的概念,成功地解 释了_光谱的实验规律。 (3)玻尔理论的局限性:过多地保留了_理论,即保 留了经典粒子的观念,把电子的运动看作经典力学描述 下的轨道运动。,量子,定态,跃迁,氢原子,经典,(4)电子云:原子中的电子在各处出现的_不一样, 如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的_, 画出图来,图像就像_一样分布在原子核周围,故称 电子云。,概率,概率,云雾,【预习小测】 1.一群处于基态的氢原子吸收了能量E0的光子后,释放出多种能量的光子,其中有一种光子的能量为E1,则下列说法正确的是 ( ) A.E1一定不大于E0 B.E1一定不小于E0 C.E1一定小于E0 D.
5、E1一定等于E0,【解析】选A。氢原子只吸收能量等于其两能级之差的光子,氢原子再次向低能级跃迁时释放的光子能量也等于某两能级之差,但不大于E0。,2.一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至另一半径为rb的轨道,已知rarb,则在此过程中 ( ) A.原子发出一系列频率的光子 B.原子要吸收一系列频率的光子 C.原子要吸收某一频率的光子 D.原子要辐射某一频率的光子,【解析】选D。因为是从高能级向低能级跃迁,所以应放出光子,故B、C错误;“直接”从一能级跃迁到另一能级,只对应某一能级差,故只能放出某一频率的光子,故A错误,D正确。,3.(多选)一群处于基态的氢原子吸收某种光子后
6、,向外辐射了1、2、3三种频率的光子,且123,则 ( ) A.被氢原子吸收的光子的能量为h1 B.被氢原子吸收的光子的能量为h2 C.1=2+3 D.h1=h2+h3,【解析】选A、C、D。氢原子吸收光子能向外辐射出三 种频率的光子,说明氢原子从基态跃迁到了第三激发态(如图所示), 在第三激发态不稳定,又向低能级跃迁,发出光子,其中从第三能级跃迁到第 一能级的光子能量最大,为h1,从第二能级跃迁到第,一能级的光子能量比从第三能级跃迁到第二能级的光子能量大,氢原子一定是吸收了能量为h1的光子,关系式h1=h2+h3,1=2+3成立。,主题一 玻尔原子理论的基本假设 【互动探究】 1.氢原子轨道
7、量子化与定态假设的内容是什么?它和经典的电磁理论有什么不同?,(1)轨道量子化:_ _ _ _ _ _。,玻尔认为在库仑力的作用下,原子中的,电子围绕原子核做圆周运动,服从经典力学规律,但是,电子的轨道半径不是任意的,只有当半径的大小符合一,定条件时,这样的轨道才是可能的,即电子的轨道是量,子化的。与经典电磁理论不同之处:电子在这些轨道上,绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射,(2)能量量子化:_ _ _ _。 (3)定态:_ _。,当电子在不同的轨道上运动时,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,所以原子的能量也是量子化的。这些量子化的能量值,叫作能级,原子具有确定能量的稳定
8、状态,称为定态。能,量最低的状态叫作基态,其他的状态叫作激发态,2.氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么?它和氢原子核外的电子的跃迁有什么联系? 提示:(1)电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En)时,会放出能量为h的光子(h是普朗克常量),这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即h=Em-En(mn)。这个式子称为频率条件,又称辐射条件。,(2)当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态,吸收的光子的能量同样由频率条件决定。,3.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吗?为什么? 提示:不等于。
9、由玻尔理论知,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。,【探究总结】 1.玻尔理论的基本假设: (1)轨道量子化:轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的数值。 (2)能量量子化:与轨道量子化对应的能量不连续的现象。,(3)跃迁:电子从高能级跃迁到低能级时,辐射光子;电子从低能级跃迁到高能级时,吸收光子,且只辐射或吸收能量等于其能级差的某些特定的光子。,2.氢原子的能级跃迁和氢光谱:氢原子的能级是不连续的,原子发生能级跃迁时释放或吸收的光子的能量是分立的,所以氢原子的光谱是不连续的谱线。,【典例示范】 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 ( ) A.原子
10、处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量 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,【解题指南】解答本题应注意以下三点: (1)玻尔原子模型的轨道量子化假设。 (2)能量量子化假设。 (3)跃迁理论。,【解析】选A、B、C。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级跃迁学说的提出,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,电子跃迁时辐射光
11、子的频率由前后两个能级的能量差决定,即h=Em-En,故D错,A、B、C都正确。,【探究训练】 1.(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不连续的 D.原子发生跃迁时,辐射或吸收光子的能量等于两个轨 道的能量差,【解析】选B、C、D。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,与玻尔理论相矛盾,故A错。B、C、D是玻尔理论的假设,都正确。,2.(2018太原高二检测)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
12、,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】选D。氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到 能量为E2的较低激发态时,要辐射出光子,根据h= =E1-E2,可得= 选项D正确。,【补偿训练】 1.根据玻尔理论,关于氢原子的能量,下列说法中正确的是 ( ) A.是一系列不连续的任意值 B.是一系列不连续的特定值 C.可以取任意值 D.可以在某一范围内取任意值,【解析】选B。根据玻尔模型,氢原子的能量是量子化的,是一系列不连续的特定值,另外我们也可以从氢原子的能级图上,得出氢原子的能级是一系列的特定值,而不是任意取
13、值的结论,故A、C、D错,B对。,2.氢原子的能级图如图所示。欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子,该氢原子需要吸收的能量至少是 ( )A.13.60eV B.10.20eV C.0.54eV D.27.20eV,【解析】选A。要使电子脱离原子核的束缚,它必须获得足够大的能量,至少要等于它的电离能。,主题二 玻尔理论对氢光谱的解释 和玻尔模型的局限性 【互动探究】 1.试从氢原子的能级图中分析出氢原子能级差的特点。,提示:从图中可知E2-E1E3-E2E4-E3En-En-1,即越靠近基态,相邻两个能级的能级差越大。,2.如何解释氢气导电发光现象?它的谱线为什么又是分立的? 提示:
14、(1)通常情况下原子处于基态,基态是最稳定的状态。氢气在放电管中受到高速运动的电子的撞击,跃迁到激发态。处于激发态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子,最终又回到基态。,(2)氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出的光子能量等于前后两个能级的能量差。由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的。因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同,因此辐射或吸收的光子也不相同,这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。,3.玻尔理论为什么不能解释复杂一些的原子的光谱现象? 提示:对于稍微复杂一些的原子,如氮原子,玻尔理论就无法解释它的光
15、谱现象,这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的运动规律。,4.玻尔模型的不足之处有哪些? 提示:玻尔理论的局限性在于保留了经典物理理论,如轨道等经典概念和有关向心力、牛顿第二定律等牛顿力学规律,实际上牛顿力学在微观领域是不适用的。,【探究总结】 1.氢原子的能级图: (1)氢原子的半径和能量的关系。 (2)能形象地描述氢原子的能级跃迁。,2.氢原子的能级跃迁成功地解释了氢原子的特征光谱。 3.玻尔原子模型的局限性: (1)保留了经典理论,把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。 (2)没有认识到电子的波粒二象性,即电子出现的位置是一种几率情况。,【典例示范】 用频率为0的光照射大量处于基态的
16、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 ( ) A.01 B.3=2+1 C.0=1+2+3 D.,【解题指南】(1)根据光谱线条数确定氢原子受激发所达到的最高能级。 (2)判断所有可能的跃迁。 【解析】选B。大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱,这说明是从n=3能级向低能级跃迁,根据能量守恒有,h3=h2+h1,解得:3=2+1,选项B正确。,【探究训练】 1.(2018江门高二检测)氢原子的四个能级,其中E1为基态。若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是 ( ),A.原子A可能辐射出3种频率的光子 B.原子B可能辐射出
17、3种频率的光子 C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4 D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4,【解析】选B。氢原子从激发态n跃迁到基态过程中可 发出的光子种数为 则原子A只能发出一种光子, 原子B能发出3种光子,故A错、B对。又由玻尔理论知, 氢原子跃迁到高能级时,只能吸收特定频率的光子,则 C、D错,答案为B。,2.氦氖激光器能产生三种波长的激光,其中两种波长分别为1=0.632 8m,2=3.39m,已知波长为1的激光是氖原子在能级间隔为E1=1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用E2表示产生波长为2的激光所对应的跃迁的能级间隔,则E2的近似值为 ( ) A.1
18、0.50eV B.0.98eV C.0.53eV D.0.37eV,【解析】选D。本题考查玻尔的原子跃迁理论。根据 E=h,= 可知当E1=1.96eV时,1=0.632 8m, 当2=3.39m时,联立可得E2=0.37eV。,【补偿训练】 用电磁波照射氢原子,使它从能量为E1的基态跃迁到能量为E5的激发态,则该电磁波的频率等于_;处在n=5能级的大量的氢原子向低能级跃迁所辐射的光子的频率最多有_种。,【解析】由玻尔理论可得h=E5-E1,所以该电磁波的 频率为= 处在n=5能级的大量的氢原子向低 能级跃迁所辐射的光子的频率最多有N= =10种。 答案:,【通法悟道】 1.氢原子能级跃迁的可
19、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,设电子处于n能 级,其跃迁的可能情况有 种。,2.使原子激发的两种情况: (1)若原子是吸收光子的能量而被激发,则其光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收。 (2)若原子是吸收外来实物粒子的能量而被激发,由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差,就可使原子发生能级跃迁。,3.电子云示意图的理解:电子云示意图上点的疏密表示电子在该位置出现的概率,并不是打到荧光屏上出现的亮点,不同于学习概率波时因曝光时间短表现出的粒子性。,【课堂小结】,
