【优化方案】高二物理教科版选修3_5全册精品课件 第二章原子结构 第4节 波尔得原子模型 能及(共40张PPT)
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发射或____ 吸收一个光子，光子的能量为：hν＝ 才____ E ______ n－Em式中n、m表示量子数．
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5
3．轨道量子化
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些
分立值 ______，我们称之为轨道量子化．原子的能量 不连续的，这些不同的能量值称为能级． 是______
qweqwe
电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子 的动能和电子的电势能各为多少？
qweqwe 33
【思路点拨】
由于氢原子的能量与量
E1 子数 n 的关系为 En＝ 2 ， 由此可求出其 n 各个状态的能量，电子绕原子核转动的 动能可根据库仑力充当向心力求出，而 电子的电势能与电子的动能之和为原子 的能量，由此可求出电势能．
______．
三、玻尔原子结构理论的意义
1．玻尔的原子结构理论比较完满地解释了氢光 谱，但不能说明谱线的强度和偏振情况，在解 释有两个以上电子的原子的复杂光谱时也遇到 了困难．
qweqwe 8
2．玻尔理论将量子概念引入原子模型，推动了 量子力学的发展．
qweqwe
9
思考感悟
玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱而又有其
qweqwe 40
qweqwe 21
5．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变 化 当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的
电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小
向外辐射能量．反之，轨道半径增大时，原子 电势能增大，电子动能减小，原子能量增大， 从外界吸收能量．
qweqwe
22
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．氢原子的能级图如图2－4－2所示，欲使一
6
二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱 1．氢原子的能级公式 E1 En＝ 2 (n＝1,2,3， …)， 式中 E1＝－13.6 eV. n 2．轨道半径 rn＝n r1(n＝1,2,3，…)，式中 r1＝0.53×10
－10
2
m.
7
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3．基态、激发态
激发态 能 量 最 低 的 状 态基态 叫 ____ ， 其 他 状 态 叫做
处于基态的氢原子释放一个电子而变成氢离子， 氢原子需要吸收的能量至少是( 图 2－ 4 － 2 )
qweqwe
23
A．13.60 eV C．0.54 eV
B．10.20 eV D．27.20 eV
解析：选A.要使基态氢原子电离吸收的能量应 满足E＋(－13.60 eV)≥0，E≥13.60 eV.故A正 确．
子模型理论，主要内容为：电子轨道是量子化
的，原子的能量是量子化的，处在定态的原子
不向外辐射能量，解决了原子遇到的问题．由
此可知B正确．
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16
二、原子跃迁注意的几个问题
1．跃迁与电离
跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化
过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定
能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程． 2．原子跃迁条件与规律 原子的跃迁条件hν＝E初－E终，适用于光子和原 子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，以 下两种情况则不受此条件限制．
3
课前自主学案
一、玻尔的原子结构理论
1．定态：电子围绕原子核运动的轨道不是任意 特定的轨道．当电子 的，而是一系列 ____ 分立 的、 ____ 稳定 的，不向外 在这些轨道上运动时，原子是 ____ 辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定 态．
qweqwe
4
2．光子的能量
当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，
19
3．直接跃迁与间接跃迁
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．两种情况下辐射(或吸收)光子的频率可能不
同．
qweqቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe
20
4．一个原子和一群原子 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， 但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核 外电子跃迁时就会有各种情况出现了．即：一群氢 原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射出的光 nn－1 谱条数为 N＝ ＝C2 n，而一个氢原子处于量子 2 数为 n 的激发态上时， 最多可辐射出 n－1 条光谱线．
＝1.89 eV，此范围为红光．E4－E2＝(3.40－
0.85) eV＝2.55 eV，此范围为蓝靛光，故本题
正确选项为A.
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32
玻尔原子结构假说的综合问题
例2 已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，核外
电子的第一轨道半径为0.53×10－10 m，电子质
量me＝9.1×10－31 kg，电量为1.6×10－19 C，求
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30
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
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31
解析：选A.由题表可知处于可见光范围的光子 的能量范围为1.61 eV～3.10 eV，处于某激发态
的氢原子能级跃迁时：E3－E2＝(3.40－1.51) eV
局限性，对我们有怎样的启示？
qweqwe
10
提示：玻尔理论的成功是引入了量子化观点， 不再把电子的轨道看作任意的，轨道是量子化 的，能量是量子化的，但其局限性是由于保留 了经典的粒子观念和经典的规律．这给我们启
示：微观领域具有不同的运动规律，不能将粒
子看作宏观的粒子模型，粒子某一时刻出现在 什么位置也没有确定的坐标，只能以在某处出 现的概率表示．
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24
课堂互动讲练
氢原子的能级图
例1 用大量具有一定能量的电子轰击大量
处于基态的氢原子，观测到了一定数目的 光谱线(如图2－4－3所示)． 图 2－ 4－ 3
qweqwe
25
调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的 数目比原来增加了5条．用Δn表示两次观测中最 高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的 能量．根据氢原子的能级图可以判断，Δn和E
第4节 玻尔的原子模型
能级
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1
课标定位 课前自主学案 第 4 节
核心要点突破
课堂互动讲练 知能优化训练
qweqwe 2
课标定位
1.知道玻尔原子理论的基本假设．
2．知道能级、能级跃迁，会计算原子能级跃迁
时辐射或吸收光子的能量．
3．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局 限性．
qweqwe
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即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的
是(
)
A．原子可以处于连续的能量状态中 B．原子的能量状态是不连续的 C．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外 辐射能量 D．原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的
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解析：选B.玻尔依据经典物理在原子结构问题 上遇到的困难，引入量子化观念建立了新的原
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13.6 由此得 E3＝－ 2 eV＝－1.51 eV. 3 由半径关系式 rn＝n2r1 得 r3 ＝ 32r1 ＝ 9×0.53×10 4.77×10
－10 －
10
m＝
m.
电子绕原子核转动， 库仑力充当向心力． ke2 mv 满足 2 ＝ r3 r3
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2
36
1 2 ke2 则 Ek3＝ mv ＝ 2 2r3 －19 2 9 9.0×10 ×1.6×10 ＝ J －10 2×4.77×10 ＝2.42×10－19 J＝1.51 eV 由于 E3＝Ek3＋Ep3 故 Ep3＝E3－Ek3＝(－1.51－1.51) eV＝ －3.02 eV.
)
A．放出光子，电子动能减小，原子电势能增大
B．放出光子，电子动能增大，原子电势能减小
C．吸收光子，电子动能减小，原子电势能增大
D．吸收光子，电子动能增大，原子电势能减小
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39
解析： 选 BC.氢原子的核外电子由一个轨道跃 迁到另一个轨道时，可能吸收光子也可能放 ke2 出光子，由 Ek＝ 可知，吸收光子时，半径 2r r 变大，Ek 变小；当放出光子时 r 变小，Ek 变大．再由 Ep＝－ke2/r(Ep∞＝0)可知， 当吸收 光子时，r 变大，Ep 变大；当放出光子时，r 变小，Ep 的绝对值增大，Ep 的数值减小，电 势能减小，所以 A、D 错，B、C 正确．
qweqwe 17
(1)光子和原子作用而使原子电离的情况 原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再 遵守有关原子结构的理论．如基态氢原子的电
离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子
都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过 入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由 电子的动能越大．
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核心要点突破
一、玻尔的氢原子理论 1．轨道量子化
图 2－ 4－ 1
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12
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分
立的数值，这种现象叫轨道量子化，例如：r1＝
0.053 nm，r2＝0.212 nm，r3＝0.477 nm…，即
rn＝n2r1，n＝1,2,3，…如图2－4－1所示． 2．定态及原子能量量子化 不同的电子轨道对应着不同的原子状态，在这 些状态中不向外辐射能量，这就是定态．原子 在不同的定态中具有不同的能量，能量是量子 化的．
故 D 项正确；第二种可能是从 n ＝ 5 到 n ＝ 6 ，电
子能量必须满足13.6 eV－0.38 eV<E<13.6 eV－ 0.28 eV，故A项正确． 【答案】 AD
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29
变式训练1
(2010年高考重庆理综卷)氢原子部
分能级的示意图如图2－4－4所示．不同色光的 光子能量如下表所示. 靛 紫 红 橙 黄 绿 蓝1.61 2.00 2.07 2.14 2.53 2.76 光子能量 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 范围(eV) 2.00 2.07 2.14 2.53 2.76 3.10 色光
18
(2)实物粒子和原子作用而使原子激发的情况 当实物粒子和原子相碰时，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
粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，
均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原 子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子 发生跃迁的两个能级间的能量差．
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例如：E1＝－13.6 eV，E2＝－3.4 eV， E3＝－1.51 eV…， E1 即 En＝ 2 ，n＝1,2,3…. n 3．原子的能级跃迁 原子从一个定态跃迁到另一个定态，它 辐射或吸收一定频率的光子， 即 hν＝Em －En，从高能级向低能级跃迁时辐射能 量，反之吸收能量，辐射或吸收的能量 为两能级的能级差．
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【自主解答】
由于氢原子的能量与量 E1 子数 n 的关系为 En＝ 2 ， 由此可求出其 n 各个状态的能量，电子绕原子核转动的 动能可根据库仑力充当向心力求出，而 电子的电势能与电子的动能之和为原子 的能量，由此可求出电势能． 由氢原子的能级公式 E1 13.6 En＝ 2 ＝－ 2 eV， 电子的第三轨道对 n n 应 n＝3.
【答案】
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－1.51 eV
1.51 eV
－3.02 eV
37
【方法总结】
本题中有一个巧合，即|E3|＝
|Ek3|＝|Ep3|/2，其实这是一个必然结论，用其他
方法也可推出这一结论，但要注意E3和Ep3均为
负数．
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38
变式训练2
氢原子的核外电子由一个轨道跃迁
到另一个轨道时，可能发生的情况是(
的可能值为(
)
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26
A．Δn＝1,13.22 eV<E<13.32 eV B．Δn＝2,13.22 eV<E<13.32 eV C．Δn＝1,12.75 eV<E<13.06 eV D．Δn＝2,12.75 eV<E<13.06 eV
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27
【思路点拨】
依据氢原子的能级图和两次光
谱线的数目差判断氢原子所处的最高能级，从 而得到Δn；由于是利用电子碰撞使氢原子从基 态跃迁，电子能量E需大于或等于该能级与基态
能级差．
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28
【精讲精析】
存在两种可能，第一种可能从n
＝2到n＝4，由于是电子轰击，所以电子的能量 必须满足13.6 eV－0.85 eV<E<13.6 eV－0.54 eV，
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3．轨道量子化
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些
分立值 ______，我们称之为轨道量子化．原子的能量 不连续的，这些不同的能量值称为能级． 是______
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电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子 的动能和电子的电势能各为多少？
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【思路点拨】
由于氢原子的能量与量
E1 子数 n 的关系为 En＝ 2 ， 由此可求出其 n 各个状态的能量，电子绕原子核转动的 动能可根据库仑力充当向心力求出，而 电子的电势能与电子的动能之和为原子 的能量，由此可求出电势能．
______．
三、玻尔原子结构理论的意义
1．玻尔的原子结构理论比较完满地解释了氢光 谱，但不能说明谱线的强度和偏振情况，在解 释有两个以上电子的原子的复杂光谱时也遇到 了困难．
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2．玻尔理论将量子概念引入原子模型，推动了 量子力学的发展．
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思考感悟
玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱而又有其
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5．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变 化 当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的
电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小
向外辐射能量．反之，轨道半径增大时，原子 电势能增大，电子动能减小，原子能量增大， 从外界吸收能量．
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即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．氢原子的能级图如图2－4－2所示，欲使一
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二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱 1．氢原子的能级公式 E1 En＝ 2 (n＝1,2,3， …)， 式中 E1＝－13.6 eV. n 2．轨道半径 rn＝n r1(n＝1,2,3，…)，式中 r1＝0.53×10
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3．基态、激发态
激发态 能 量 最 低 的 状 态基态 叫 ____ ， 其 他 状 态 叫做
处于基态的氢原子释放一个电子而变成氢离子， 氢原子需要吸收的能量至少是( 图 2－ 4 － 2 )
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A．13.60 eV C．0.54 eV
B．10.20 eV D．27.20 eV
解析：选A.要使基态氢原子电离吸收的能量应 满足E＋(－13.60 eV)≥0，E≥13.60 eV.故A正 确．
子模型理论，主要内容为：电子轨道是量子化
的，原子的能量是量子化的，处在定态的原子
不向外辐射能量，解决了原子遇到的问题．由
此可知B正确．
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二、原子跃迁注意的几个问题
1．跃迁与电离
跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化
过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定
能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程． 2．原子跃迁条件与规律 原子的跃迁条件hν＝E初－E终，适用于光子和原 子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，以 下两种情况则不受此条件限制．
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课前自主学案
一、玻尔的原子结构理论
1．定态：电子围绕原子核运动的轨道不是任意 特定的轨道．当电子 的，而是一系列 ____ 分立 的、 ____ 稳定 的，不向外 在这些轨道上运动时，原子是 ____ 辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定 态．
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2．光子的能量
当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，
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3．直接跃迁与间接跃迁
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．两种情况下辐射(或吸收)光子的频率可能不
同．
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4．一个原子和一群原子 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， 但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核 外电子跃迁时就会有各种情况出现了．即：一群氢 原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射出的光 nn－1 谱条数为 N＝ ＝C2 n，而一个氢原子处于量子 2 数为 n 的激发态上时， 最多可辐射出 n－1 条光谱线．
＝1.89 eV，此范围为红光．E4－E2＝(3.40－
0.85) eV＝2.55 eV，此范围为蓝靛光，故本题
正确选项为A.
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玻尔原子结构假说的综合问题
例2 已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，核外
电子的第一轨道半径为0.53×10－10 m，电子质
量me＝9.1×10－31 kg，电量为1.6×10－19 C，求
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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
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解析：选A.由题表可知处于可见光范围的光子 的能量范围为1.61 eV～3.10 eV，处于某激发态
的氢原子能级跃迁时：E3－E2＝(3.40－1.51) eV
局限性，对我们有怎样的启示？
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提示：玻尔理论的成功是引入了量子化观点， 不再把电子的轨道看作任意的，轨道是量子化 的，能量是量子化的，但其局限性是由于保留 了经典的粒子观念和经典的规律．这给我们启
示：微观领域具有不同的运动规律，不能将粒
子看作宏观的粒子模型，粒子某一时刻出现在 什么位置也没有确定的坐标，只能以在某处出 现的概率表示．
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课堂互动讲练
氢原子的能级图
例1 用大量具有一定能量的电子轰击大量
处于基态的氢原子，观测到了一定数目的 光谱线(如图2－4－3所示)． 图 2－ 4－ 3
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调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的 数目比原来增加了5条．用Δn表示两次观测中最 高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的 能量．根据氢原子的能级图可以判断，Δn和E
第4节 玻尔的原子模型
能级
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课标定位 课前自主学案 第 4 节
核心要点突破
课堂互动讲练 知能优化训练
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课标定位
1.知道玻尔原子理论的基本假设．
2．知道能级、能级跃迁，会计算原子能级跃迁
时辐射或吸收光子的能量．
3．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局 限性．
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即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的
是(
)
A．原子可以处于连续的能量状态中 B．原子的能量状态是不连续的 C．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外 辐射能量 D．原子中的电子绕核运转的轨道半径是连续的
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解析：选B.玻尔依据经典物理在原子结构问题 上遇到的困难，引入量子化观念建立了新的原
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13.6 由此得 E3＝－ 2 eV＝－1.51 eV. 3 由半径关系式 rn＝n2r1 得 r3 ＝ 32r1 ＝ 9×0.53×10 4.77×10
－10 －
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m＝
m.
电子绕原子核转动， 库仑力充当向心力． ke2 mv 满足 2 ＝ r3 r3
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1 2 ke2 则 Ek3＝ mv ＝ 2 2r3 －19 2 9 9.0×10 ×1.6×10 ＝ J －10 2×4.77×10 ＝2.42×10－19 J＝1.51 eV 由于 E3＝Ek3＋Ep3 故 Ep3＝E3－Ek3＝(－1.51－1.51) eV＝ －3.02 eV.
)
A．放出光子，电子动能减小，原子电势能增大
B．放出光子，电子动能增大，原子电势能减小
C．吸收光子，电子动能减小，原子电势能增大
D．吸收光子，电子动能增大，原子电势能减小
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解析： 选 BC.氢原子的核外电子由一个轨道跃 迁到另一个轨道时，可能吸收光子也可能放 ke2 出光子，由 Ek＝ 可知，吸收光子时，半径 2r r 变大，Ek 变小；当放出光子时 r 变小，Ek 变大．再由 Ep＝－ke2/r(Ep∞＝0)可知， 当吸收 光子时，r 变大，Ep 变大；当放出光子时，r 变小，Ep 的绝对值增大，Ep 的数值减小，电 势能减小，所以 A、D 错，B、C 正确．
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(1)光子和原子作用而使原子电离的情况 原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再 遵守有关原子结构的理论．如基态氢原子的电
离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子
都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过 入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由 电子的动能越大．
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核心要点突破
一、玻尔的氢原子理论 1．轨道量子化
图 2－ 4－ 1
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围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分
立的数值，这种现象叫轨道量子化，例如：r1＝
0.053 nm，r2＝0.212 nm，r3＝0.477 nm…，即
rn＝n2r1，n＝1,2,3，…如图2－4－1所示． 2．定态及原子能量量子化 不同的电子轨道对应着不同的原子状态，在这 些状态中不向外辐射能量，这就是定态．原子 在不同的定态中具有不同的能量，能量是量子 化的．
故 D 项正确；第二种可能是从 n ＝ 5 到 n ＝ 6 ，电
子能量必须满足13.6 eV－0.38 eV<E<13.6 eV－ 0.28 eV，故A项正确． 【答案】 AD
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变式训练1
(2010年高考重庆理综卷)氢原子部
分能级的示意图如图2－4－4所示．不同色光的 光子能量如下表所示. 靛 紫 红 橙 黄 绿 蓝1.61 2.00 2.07 2.14 2.53 2.76 光子能量 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 范围(eV) 2.00 2.07 2.14 2.53 2.76 3.10 色光
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(2)实物粒子和原子作用而使原子激发的情况 当实物粒子和原子相碰时，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
粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，
均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原 子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子 发生跃迁的两个能级间的能量差．
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例如：E1＝－13.6 eV，E2＝－3.4 eV， E3＝－1.51 eV…， E1 即 En＝ 2 ，n＝1,2,3…. n 3．原子的能级跃迁 原子从一个定态跃迁到另一个定态，它 辐射或吸收一定频率的光子， 即 hν＝Em －En，从高能级向低能级跃迁时辐射能 量，反之吸收能量，辐射或吸收的能量 为两能级的能级差．
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【自主解答】
由于氢原子的能量与量 E1 子数 n 的关系为 En＝ 2 ， 由此可求出其 n 各个状态的能量，电子绕原子核转动的 动能可根据库仑力充当向心力求出，而 电子的电势能与电子的动能之和为原子 的能量，由此可求出电势能． 由氢原子的能级公式 E1 13.6 En＝ 2 ＝－ 2 eV， 电子的第三轨道对 n n 应 n＝3.
【答案】
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－1.51 eV
1.51 eV
－3.02 eV
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【方法总结】
本题中有一个巧合，即|E3|＝
|Ek3|＝|Ep3|/2，其实这是一个必然结论，用其他
方法也可推出这一结论，但要注意E3和Ep3均为
负数．
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变式训练2
氢原子的核外电子由一个轨道跃迁
到另一个轨道时，可能发生的情况是(
的可能值为(
)
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A．Δn＝1,13.22 eV<E<13.32 eV B．Δn＝2,13.22 eV<E<13.32 eV C．Δn＝1,12.75 eV<E<13.06 eV D．Δn＝2,12.75 eV<E<13.06 eV
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【思路点拨】
依据氢原子的能级图和两次光
谱线的数目差判断氢原子所处的最高能级，从 而得到Δn；由于是利用电子碰撞使氢原子从基 态跃迁，电子能量E需大于或等于该能级与基态
能级差．
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【精讲精析】
存在两种可能，第一种可能从n
＝2到n＝4，由于是电子轰击，所以电子的能量 必须满足13.6 eV－0.85 eV<E<13.6 eV－0.54 eV，