高中物理 第三章 原子结构之谜 第三、四节 原子的能级结构 粤教版选修3-5
粤教版高二物理选修3-5第三章原子结构之谜..
教学课题 原子结构之谜教学目标 1．了解历史上对原子认识的研究过程，知道电子发现的过程．2．2．知道 粒子散射实验的原理，知道原子的核式结构．3．了解氢原子光谱的不连续性及各个线系．4．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．5．了解原子能量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．6．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．7．能用原子的能级结构解释氢原子的光谱的不连续性．教学重点与难点1．了解这节几种实验的实验思想。
2．理解原子的核式结构。
3．氢原子的能级结构及量子化的理解。
4．氢原子光谱的实验规律。
教学过程知识梳理知识点一、探索阴极射线1．1858 年，德国科学家普吕克尔发现了阴极射线．在一个抽成真空的玻璃管两端加上高压出现绿色荧光，这种奇妙的射线，称为阴极射线．对于阴极射线本质的研究引起了科学家们的普遍关注，对阴极射线的本质有各种猜想．2．1897年，汤姆生采用改进实验装置，根据阴极射线的带电性质，测定了阴极射线的荷质比m e ＝1.758 8×1011 C/kg ，电子的质量约为氢原子质量的18361. 3．1910年，密立根著名的“油滴实验”精确测出了电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，并根据汤姆生测得的阴极射线比荷确定了电子的质量m ＝9.1×10－31 kg.例题精讲例1、关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）A ．阴极射线本质是氢原子B ．阴极射线本质是电磁波C ．阴极射线本质是电子D ．阴极射线本质是 X 射线知识梳理知识点二、电子的发现 汤姆生对阴极射线本质的各种猜想产生了浓厚的兴趣，并设计实验进行研究，通过实验和计算，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知质量最小的氢离子的荷质比大 2 000 倍，经过大量实验研究最后结论是：阴极射线由带负电的粒子组成，且粒子质量比任何一种分子原子质量都小得多，即是电子．例题精讲例2、电子的发现说明了( )A．原子具有复杂的结构 B．原子核具有复杂的结构C．原子由原子核与电子组成 D．原子核由质子和中子组成知识梳理知识点三、α粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构1909－1911年卢瑟福和他的助手做原子核式结构α粒子轰击金箔的实验观察到：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90°，有的甚至被弹回．卢瑟福通过对实验结果进行分析，否定了汤姆生的原子结构模型，提出了核式结构．即原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核旋转．原子半径大约为10－10 m，核半径大约为10－15～10－14 m.例题精讲例3、在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（）A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受到原子核的引力作用B．α粒子一直受到原子核的斥力作用C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D．α粒子一直受到库仑力，速度一直减小知识梳理知识点四、氢原子光谱1．原子光谱．(1)概念：原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称之为原子光谱．(2)规律：①每种原子都有自己特定的原子光谱．②不同的原子，其原子光谱不同，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．(3)应用：可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．2．氢原子的光谱．(1)巴耳末系：从氢气放电管可以获得氢原子的光谱，如图所示，在可见光区域内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号Hα、Hβ、Hγ和Hδ示．1885年，巴耳末发现这四条光谱的波长可以用一个很简单的数学公式表示，这个公式叫巴耳末公式．氢原子光谱在可见光区域和紫外区的14条谱线满足巴耳末公式1λ＝R⎝⎛⎭⎫122－1n2，n＝3,4,5，…R 称为里德伯常量，实验测得R ＝1.097×107 m －1，巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系．(2)其他公式．氢原子光谱在红外区和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的其他公式．如莱曼系在紫外区，公式为1λ＝R ⎝⎛⎭⎫112－1n 2，n ＝2,3,4，… (3)广义巴耳末公式．氢原子光谱的所有谱线满足广义巴耳末公式 1λ＝R ⎝⎛⎭⎫1m 2－1n 2 式中的m 和n 均为正整数，且n ＞m .3．注意．(1)在氢原子光谱图中的可见光区内，随着波长的逐渐减小，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．(2)巴耳末线系中的n 值越大，对应的波长λ越短．(3)巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光． 例题精讲例4、下列说法不正确的是( )A ．巴耳末线系光谱线的条数只有4条B ．巴耳末线系光谱线有无数多条C ．当电子从n 大于2的轨道跃迁到n 等于2的轨道时，所得到的谱线都属于巴耳末线系D ．巴耳末线系在可见光范围内只有4条解析：由巴耳末公式知当电子从n 大于2的轨道跃迁到n 等于2的轨道时，所得到的谱线都属于巴耳末线系，所得到的线系可以有无数条．但在可见光区域只有4条光谱线．故正确的是B 、C 、D.答案：A知识梳理知识点五、原子的能级结构1．原子的能级结构猜想．(1)原子的能量．电子绕原子核运动时具有动能，它与原子核之间具有相互作用，因此电子——原子核这个系统也具有势能，两者之和为原子的能量．(2)原子的能级．由于氢原子光谱是分立的，因此我们猜想原子内部的能量也是不连续的，我们把原子内部不连续的能量称为原子的能级．2．氢原子的能级．(1)玻尔的能级假设：氢原子能级满足：E n＝－Rhcn2，n＝1,2,3，…式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n为正整数，也叫能量量子数．(2)基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级状态称为基态．氢原子在基态的能量为－13.6 eV.(3)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级，较高能级对应的状态称为激发态．(4)氢原子的能级图．3．注意．(1)若使原子电离，外界必须对原子做功输入能量，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核无穷远处即电子和原子核间无作用力时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值均为负值．(2)轨道与能量：对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，轨道半径越大，即n值越大，氢原子能量越高．例题精讲例5、氢原子的基态能量为E1，如图所示，四个能级图正确代表氢原子能级的是()解析：由玻尔能级假设可知，选项C对．答案：C知识梳理知识点六、原子的能级跃迁1．原子的能级跃迁的概念．跃迁是指电子从一个能级变化到另一个能级的过程，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)．2．能级跃迁的频率条件．(1)处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁，并且在这过程中辐射光子．hν＝E m－E n.E m、E n分别为原子跃迁前后的能级．(2)反之，原子吸收了特定频率的光子或者通过其他途径获得能量时便可以从低能级向高能级跃迁，同样也遵循上面的规律．3．跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化：(1)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p减小，电子动能增大，由于辐射光子原子能量减小．(2)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．4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，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，则可激发到n能级的问题．但当光子能量E＞13.6 eV，氢原子能够吸收光子使电子电离，且电子具有动能．(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，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能量大于或等于两能级的能量差值(E＝En－Ek)，均可使原子发生能级跃迁5．原子跃迁时需注意的几个问题：(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，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．(2)注意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．两种情况的辐射(或吸收)光子的频率数不同.(3)注意跃迁与电离的区别：跃迁是指核外电子从一个能量轨道变化到另一个能量轨道，而电离则是核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子．例题精讲例六、氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为V1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为V2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1解析：氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，E m-E n=hν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光E k-E n=hν2，则从能级k跃迁到能级m有E k-E m=（E k-E n）-（E m-E n）=hν2-hν1，因红光的能量小于紫光的能量，故能量降低辐射光子；故选D．巩固训练1．如图所示是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿 x 轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是（）A．加一磁场，磁场方向沿 z 轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿 y 轴正方向C．加一电场，电场方向沿 z 轴负方向D．加一电场，电场方向沿 y 轴正方向2．(双选)如图所示，为α粒子散射实验的示意图，A 点为某α粒子运动中离原子核最近的位置，则该α粒子在 A 点图，具有（）A．最大的速度 B．最大的加速度C．最大的动能 D．最大的电势能3.( 双选) 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫做原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D．带负电的电子镶嵌在原子核里4．下列氢原子的线系中对波长最短波进行比较，其值最小的是()A．巴耳末系B．莱曼系C．帕邢系D．布喇开系5．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6．用频率为ν0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ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则________(填入正确选项前的字母)．A．ν0<ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.课后作业1．阴极射线管中的高电压的作用是（）A．使管内气体电离 B．使管内产生阴极射线C．使管内障碍物的电势升高 D．使电子加速2.(双选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C 三个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确（）A．相同时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在 B 位置时观察到屏上的闪光次数最少C．相同时间内放在 C 位置时观察到屏上的闪光次数最少D．放在 C 位置时观察不到屏上有闪光3.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图 3－2－4 中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从 a 运动到 b、再运动到 c 的过程中，下列说法中正确的是（）A．动能先增加，后减少B．电势能先减少，后增加C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零D．加速度先变小，后变大4.卢瑟福通过____________实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型．如果用带箭头的四条线 a、b、c、d 来表示α粒子在图 3－2－5 所示的平面示意图中运动的可能轨迹．请在图中补充完成 b 和 c 两条α粒子运动的大致轨迹．5．(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6．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7．氢原子核外的电子从基态跃迁到n ＝2的能级时，吸收的能量为E ，则电子从n ＝2能级跃迁到n ＝3能级时需要吸收的能量是( )A.527EB.13EC.518ED.536E 8．氢原子从能量为E 1的较高激发态跃迁到能量为E 2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c ()E 1－E 2hB ．辐射光子的波长为c ()E 1－E 2hC ．吸收光子的波长为ch E 1－E 2D ．辐射光子的波长为chE 1－E 29．按照玻尔理论，氢原子若能从能级A 跃迁到能级B 时，吸收频率为v 1的光子，若从能级A 跃迁到能级C 时，释放频率为v 2的光子。
高中物理第3章原子结构之谜第3节氢原子光谱课件粤教版选修3-5
业 分
层
测
评
知 识 点 二
氢原子光谱的巴耳末系及其他线系
[先填空] 1．巴耳末系 (1)公式：1λ＝R212－n12 . (式中 n＝3,4,5,6…，R＝1.097×107 m－1) (2)巴耳末系：符合 巴耳末公的式光谱线统称为巴耳末系．
2. 其他线系：在紫外区、红外区、近红外区发现了氢原子的某地线系，分 别是莱曼系(紫外区)、布喇开系(红外区)、普丰德系(红外区)、帕邢系(近红外区)．
(2)光谱分析 ①通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素． ②优点：灵敏度高．
1．光谱的分类
1．太阳光谱是吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是 地球大气造成的．
2．某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的，两者 均可用来作光谱分析．
3．广义巴耳末公式 1λ＝Rm12－n12式中 m，n 均为正整数且 n > m.
巴耳末公式的两点提醒 1．巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子． 2．公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也 适用．
原子光谱
[先填空] 1．原子光谱 (1)某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称 之为原子光谱． (2)科学家观察了大量的原子光谱，发现每种原子都有自己特定的原子光 谱．不同的原子，其原子光谱均不相同，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．
2．光谱分析及应用 (1)光谱分析应用的两种光谱 ①明线光谱：它是 稀薄气体发光直接产生的； ②吸收光谱：它是当白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的． ③实验表明：原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的 一条明线相对应．即原子只能释放出某种特定频率的光，也只能吸收某种特定 频率的光，而且释放的光和吸收的光的频率是相同的．
粤教版高中物理选修3-5课件第三章第三四节原子的能级结构
(3)玻尔理论对氢原子光谱的解释． ①解释巴耳末公式： 按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子 的能量为 hν＝Em－En；巴耳末公式中的正整数 n 和 2 正 好代表能级跃迁之前和之后的定态轨道的量子数 n 和 2. ②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．
答案：CD
拓展一 氢原子光谱 如图所示为氢原子光谱． (1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？ (2)氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？
提示：(1)氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大． (2)氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式．
1．原子光谱． (1)概念： 原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光 谱，这种光谱被称为原子光谱． (2)特点： ①每种原子都有自己特定的原子光谱． ②不同的原子，其原子光谱不同，原子光谱被称为 原子的“指纹”．
(4)玻尔理论的局限性． ①玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将量子观 念引入原子领域．提出了定态和跃迁的概念，成功地解 释了氢原子光谱的实验规律． ②玻尔理论的局限性：过多地保留了经典理论，对 更复杂的原子发光无法解释．
2．氢原子能级． (1)氢原子的能级图如图所示，从玻尔的基本假设出 发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原 子中电子的可能轨道及相应的能量． rn＝n2r1，En＝En21，式中 n＝1，2，3，…其中 r1＝ 0.53×10－10 m，E1＝－13.6 eV. n 取不同的量子数时，可求得各能级的能量值．
第三章 原子结构之谜
第三节 氢原子光谱 第四节 原子的能级结构
学习目标
1.了解氢原子光谱的不连 续性及各个线系. 2.了解能级结构猜想. 3.知道氢原子能级公式. 4.能够利用能级公式分析 一些有关能级的问题．
高中物理第3章原子结构之谜第4节原子的能级结构课件粤教版选修3-5
3．激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级 E2，E3… 上，这些能级对应的状态称为激发态．
4．玻尔理论的两条基本假设 (1)定态假设．原子系统中存在具有确定能量的定态，原子处于定态时，电 子绕核运动不辐射也不吸收能量． (2)跃迁假设．原子系统从一个定态跃迁到另一个定态，伴随着光子的发射 和吸收．
3．跃迁：原子从一个 能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁． 4．光子频率与能级差 关系式：hν＝ Em－E.n
氢原子的能级 玻尔理论
[先填空] 1．玻尔氢原子能级公式 En＝－Rnh2c，(n＝1,2,3…)．n 被称为 能量量子．数 2．基态 (1)定义：在正常状态下，氢原子处于最低的能级 E1(n＝ 1)，这个最低能级 对应的状态称为基态． (2)基态能量：E1＝ －13.6e.V
1．解决玻尔原子模型问题的四个关键 (1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量． (2)原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定． (3)处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的． (4)原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨 道半径小，原子的能量小．
知 识 点 一
学
第四节 原子的能级结构
业 分Βιβλιοθήκη 层测评知 识 点 二
能级结构猜想
[先填空] 1．猜想：氢气在放电过程中，氢原子的能量也在减少．如果能量是连续减 少的，那么形成的光谱必定是连续谱，但是氢原子光谱是分立的，因此我们猜 想原子内部的能量也是不连续的． 2．能级：原子内部不连续的能量称为原子的能级．
2．能级跃迁规律 大量处于 n 激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射nn2－1种频率的光 子．一个处于 n 激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n－1)种频率的光子．
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原子的能级结构1氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，以下说法正确的是( )A．电子的动能减少，电势能增大B．电子的动能增大，电势能减小C．电子绕核旋转的半径减小，周期变小D．电子绕核旋转的半径增大，周期变大2氢原子的能级如图3－4－3所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV.下列说法错误的是( )图3－4－3A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光3原子的能量量子化现象是指( )A．原子的能量是不可改变的B．原子的能量与电子的轨道无关C．原子的能量状态是不连续的D．原子具有分立的能级4氢原子的量子数越小，则( )A．电子轨道半径越小 B．原子的能量越小C．原子的能量越大 D．原子的电势能越小5根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指( )A．电子的动能B．电子的电势能C．电子的动能与电势能之和D．电子的动能、电势能和原子核能量之和6按氢原子的能级图可判定( )A．用波长为6 000 的光照射，能使稳定的氢原子电离B．用能量为10.2 eV的光子可以激发处于基态的氢原子C．用能量为12.5 eV的光子入射可使氢原子激发D．用能量为11.0 eV的外来电子，可以使处于基态的氢原子激发7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－hB．辐射光子的波长为－hC．吸收光子的波长为chE1－E2D．辐射光子的波长为chE1－E28氢原子中核外电子从第2能级跃迁到基态时，辐射的光照射在某金属上时能产生光电效应．那么，处于第3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的各种频率的光可能使此金属板发生光电效应的至少有( )A．1种 B．2种C．3种 D.4种9玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时，和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是( )A．电子绕核运动的向心力，就是电子与核之间的静电引力B．电子只能在一些不连续的轨道上运动C．电子在不同轨道上运动时能量不同D．电子在不同轨道上运动时静电引力不同10当氢原子的电子处于第n条可能轨道时，下列说法正确的是( )A ．电子的轨道半径r n ＝nr 1B ．根据E n ＝1n2E 1，n 值越大，能量越小C ．原子从n 能级跃迁到n －1能级时，辐射光子的波长为En －En －1hD ．大量处于这一状态的氢原子，辐射光子的频率有－2种11(2009全国高考卷Ⅰ，16)氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.632 8 μm ，λ2＝3.39 μm.已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE 1＝1.96 eV 的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE 2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁能级间隔，则ΔE 2的近似值为( )A ．10.50 eVB ．0.98 eVC ．0.53 eVD ．0.36 eV12(2009全国高考卷Ⅱ，18)氢原子的部分能级如图3－4－4所示．已知可见光的光子能量在1.62 eV 到3.11 eV 之间．由此可推知， 氢原子( )图3－4－4A ．从高能级向n ＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B ．从高能级向n ＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C ．从高能级向n ＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D ．从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时发出的光为可见光13某金属的极限波长恰等于氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝2能级所发出的光的波长．现在用氢原子由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子最大初动能是多少电子伏？14已知钠的极限频率为6.00×1014Hz ，今用一群h ＝4的激发态的氢原子的发射光谱照射钠，试通过计算说明，氢光谱中有几条谱线可使钠发生光电效应．(1 eV ＝1.6×10－19J)参考答案1解析：根据玻尔理论，氢原子核外电子绕核做圆周运动，静电力提供向心力，即ke2r2＝mv2r ，电子运动的动能Ek ＝12mv 2＝ke22r，由此可知，离核越远，动能越小． 氢原子辐射光子后，总能量减少．由于其动能Ek ＝ke22r ，跃迁到低能级时，r 变小，动能变大，因总能量E 等于其动能和电势能之和，故知电子的电势能减小．氢原子的核外电子跃迁到低能级时在离核较近的轨道上运动，半径变小，速度变大，由周期公式T ＝2πrv知，电子绕核运动的周期变小．综上所述，选项B 、C 正确． 答案：BC2解析：A 选项，处于n ＝3能级的氢原子吸收光子电离的最小能量E 0＝1.51 eV ，而紫外线光子的能量E ≥3.6 eV ，故A 正确；由跃迁理论可知，从高能级向n ＝3能级跃迁时，发出光子的能量E ≤1.51 eV ，小于可见光光子能量，光子为红外线，有较强的热作用，C 中所说跃迁，最多可发出6种不同频率的光子，其中两种频率的光子属于可见光．故D 错误．答案：D3解析：正确理解玻尔理论中量子化概念是解题关键．根据玻尔理论，原子处于一系列不连续的能量状态中，这些能量值称为能级，原子不同的能量状态对应于不同的圆形轨道，故C 、D 选项正确．答案：CD4解析：该题的物理图景是库仑引力提供电子绕核运动的向心力，可类比地球和人造卫星的运动来理解学习．根据玻尔理论，不同的轨道对应不同的能级，对应不同的量子数，量子数越小，则氢原子核外电子轨道半径减小，对应能量减小．由于静电引力做正功，电子动能增大，由E ＝E k ＋E p 知，电子的电势能减小．答案：ABD5解析：根据玻尔理论，电子绕核在不同轨道上做圆周运动，库仑引力为向心力，故电子的能量指电子的总能量，包括动能与电势能，所以C 选项正确．答案：C6解析：波长为6 000 的光具有的能量E ＝h ν＝h c λ＝3.32×10－19J ＝2.07 eV ＜13.6eV ，不能使氢原子电离．所以A 项错误.10.2 eV 恰好等于氢原子一、二能级之差，能使氢原子激发，而12.5 eV 不等于任一激发态与基态的能量差，不能使氢原子激发．所以B 项正确，C 项错误．当外来电子能量为11.0 eV 时，可以传递给氢原子10.2 eV ，使氢原子激发，外来电子还剩余0.8 eV 的能量．所以D 项正确．答案：BD7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能级跃迁时辐射光子，由关系式h ν＝E 1－E 2得，ν＝E1－E2h ，又λ＝cν，故辐射光子波长为λ＝ch －，D选项正确．答案：D8解析：解答此题的条件是知道发生光电效应的条件，并清楚原子在跃迁时发出的光子频率由始、末能级之差决定，即h ν＝E m －E n ，且能级越高，相邻能级的差值越小(在氢原子能级图上表现为上密下疏的特点)．发生光电效应的条件是照射光的频率要大于该金属的极限频率．本题未知该金属的极限频率，但可以用比较的办法来确定肯定能发生光电效应的频率．氢原子由高能级E 3向低能级跃迁的可能情形为3→1，3→2，2→1三种．其中3→1发出的光子频率大于2→1发出光子的频率，3→2发出的光子频率小于2→1发出的光子频率，已知2→1发出的光子能发生光电效应，则3→1发出的光子频率一定能使该金属发生光电效应，而3→2发出的光子频率无法判定是否能发生光电效应．因此辐射出的三种频率的光能使此金属板发出光电效应的至少有2种．答案：B9解析：卢瑟福的核式结构学说的内容是在原子的中心有一个很小的核，集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，核外电子绕核旋转，玻尔的原子模型又提出核外电子只能在某些不连续的轨道上运动．答案：B10解析：电子轨道半径r n ＝n 2r 1，所以A 项错误．因为E 1为负值由公式E n ＝1n2E 1，知n值越大，能量越大，所以B 项错误．当原子从n 能级跃迁到(n －1)能级时，由公式E n －E n－1＝h c λ，得λ＝hc En －En －1，所以C 项错误．大量处于这一状态(电子处于第n 条轨道)的氢原子辐射光子频率种类，为C2n ＝－2种，所以D 项正确．答案：D 11答案：D 12答案：AD13解析：先应用h ν＝E m －E n ，求解题中能级跃迁问题，再应用E k ＝h ν－W 求解题中光电子的初动能问题，最后联立求解，得出正确结果．设氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝2能级发出的光子波长为λ0，由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级发出的光子波长为λ，则E 4－E 2＝h c λ0，并且逸出功W ＝h c λ0，E 2－E 1＝h c λ根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为Ek ＝h c λ－h c λ0＝hc(1λ－1λ0)＝hc(E2－E1hc －E4－E2hc )＝(E 2－E 1)－(E 4－E 2)＝2E 2－E 1－E 4＝2×(－3.4 eV)＋13.6 eV ＋0.85 eV ＝7.65 eV.答案：7.65 eV 14解析：钠的逸出功 W ＝h ν＝6.63×10－34×6.00×1014J ＝2.49 eV氢原子n ＝1至n ＝4的能级 n ＝1，E 1＝－13.6 eV n ＝2，E 2＝E122＝－3.4 eVn ＝3，E 3＝E132＝－1.51 eVn ＝4，E 4＝E142＝－0.85 eV由n ＝4跃迁到n ＝1放出的光子的能量E 4,1＝－0.85 eV －(－13.6) eV ＝12.75 eV ＞2.49 eV 同理，E 3,1＝－1.51 eV －(－13.6) eV ＝12.09 eV ＞2.49 eV E 2,1＝－3.4 eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ＞2.49 eVE4,2＝－0.85 eV－(－3.4) eV＝2.55 eV＞2.49 eVE3,2＝－1.51 eV－(－3.4) eV＝1.89 eV＜2.49 eVE4,3＝－0.85 eV－(－1.51) eV＝0.66 eV＜2.49 eV所以，处于n＝4的激发态的氢原子的光谱中，只有E4,1、E3,1、E2,1、E4,2四条谱线可使钠发生光电效应．答案：四条。
16-17物理粤教版选修3-5 第三章原子结构之谜 本章总结 课件 精品
玻尔的原子结构模型
1．玻尔的原子结构模型可概括为三个要点 (1)能量的量子化 En＝n12E1(En 为动能、电势能之和)． (2)轨道的量子化 rn＝n2r1. (3)能级跃迁量子化 hν＝Em－En(吸收或辐射一定频率的光 子)．
2．分析原子跃迁时注意 入射光子与入射电子不同： 若是在光子的激发下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必 须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起原子 的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能 级差，两种情况有所不同，要引起注意．
原 子
氢 莱曼系→1λ＝R112－n12 ，n＝2、3、4、5 …
结 构
原 子
帕邢系→1λ＝R312－n12 ，n＝4、5、6…
之 谜
光 谱
布喇开系→1λ＝R412－n12，n＝5、6、7、8 …
普丰德系→1λ＝R512－n12，n＝6、7、8…
其他原子光谱
能级 定态假设
原 子 结 构 之 谜
原 子 的 能 级 结 构
最高频率的光子满足hν1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV ＝2.04×10－18 J，ν1＝3.1×1015 Hz. 最低频率的光子满足hν2＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV＝ 1.056×10－19 J，ν2＝1.6×1014 Hz. 任意一群氢原子和一个氢原子跃迁的差别，前者各种跃迁途
径均会产生，后者只能以某一种途径进行跃迁．
一个氢原子向较低能级跃迁最多有三种频率的光子，因为它
从n＝4的能级跃迁至n＝3时就一定不存在由n＝4的能级直接
跃迁至n＝1的能级的可能．
[答案] 6种 3.1×1015 Hz 1.6×1014 Hz 3种
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第三节 氢原子光谱 第四节 原子的能级结构
学习目标
1.了解氢原子光谱的不连 续性及各个线系. 2.了解能级结构猜想. 3.知道氢原子能级公式. 4.能够利用能级公式分析 一些有关能级的问题．
重点难点
重点 1.原子的能级、跃迁 、能量量子化以及基 态和激发态等概念. 2.氢原子能级公式．
2．巴耳末公式． 人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳 末系，其公式为 1λ＝R212－n12，n＝3，4，5，…
判断正误
(1)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成 成分．(√)
(2) 巴耳末公式中的 n 既可以取整数也可以取小 数．(×)
小试身手
1．有关氢原子光谱的说法正确的是( ) A．氢原子的发射光谱是连续光谱 B．氢原子光谱说明氢原子可以发出各种频率的光 C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的 D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的能 级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射， 辐射出来的能量等于两能级间的能级差．
判断正误
(1)不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的 光子频率是相同的．(×)
(2)处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能 级跃迁，放出光子．(×)
小试身手
解析：由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不 同的轨道上的能级 En＝n12E1，故氢原子的能级是不连续 的，即是分立的，故 A 错误，B 错误，C 正确；根据频率 条件，有 En－Em＝hν，显然 n、m 的取值不同，发射光 子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的 能级差有关，故 D 错误．
(3)其他线系． 氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线满足与巴 耳末公式类似的其他公式．如莱曼系在紫外区，公式为1λ＝ R112－n12，n＝2，3，4，…
(4)广义巴耳末公式．氢原子 Nhomakorabea光
谱
的
所
有
谱
线
满
足
广
义
巴
耳
末
公
式
1 λ
＝
Rm12－n12 式中的 m 和 n 均为正整数，且 n＞m.
3．注意． (1)在氢原子光谱图中的可见光区内，随着波长的逐 渐减小(由右向左)，相邻谱线间的距离越来越小，表现出 明显的规律性． (2)巴耳末线系中的 n 值越大，对应的波长 λ 越短． (3)巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线 总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括 可见光和紫外光．
(2)巴耳末系． 1885 年，巴耳末发现这四条光谱的波长可以用一个 很简单的数学公式表示，这个公式叫巴耳末公式．
氢原子光谱在可见光区域和紫外区的 14 条谱线满足 巴耳末公式
1λ＝R212－n12，n＝3，4，5，… R 称为里德伯常量，实验测得 R＝1.097×107 m－1， 巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能 取连续值．人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称 为巴耳末系．
2．氢原子的能级． (1)丹麦物理学家玻尔吸取前人思想，通过大胆假设， 推导出氢原子的能级表达式为 En＝－Rnh2c，n＝1，2，3，…， 式中 R 为里德伯常量，h 为普朗克常量，c 为光速，n 是 正整数，上式说明氢原子的能量是量子化的，n 被称为能 量量子数．
(2)氢原子的能级公式为，n＝1，2，3，…其中 E1＝ －13.6 eV，正常情况下氢原子处于最低能级 E1(n＝1)， 这个状态称为基态，其他状态称为激发态．
答案：CD
拓展一 氢原子光谱
如图所示为氢原子光谱． (1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？ (2)氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？
提示：(1)氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越 大．
(2)氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式．
1．原子光谱． (1)概念： 原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光 谱，这种光谱被称为原子光谱． (2)特点： ①每种原子都有自己特定的原子光谱． ②不同的原子，其原子光谱不同，原子光谱被称为 原子的“指纹”．
【典例 1】 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波
长之比为( )
A.59
B.49
7
2
C.9
D.9
解析：由巴耳末公式1λ＝R(212－n12)，n＝3，4，5，…
当 n＝∞时，有最小波长 λ1，λ11＝R212， 当 n＝3 时，有最大波长 λ2，λ12＝R(212－312)，得λλ12＝59. 答案：A
2．(多选)光子的发射和吸收过程是( ) A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子 的能量等于原子在始、末两个能级的能量差 B．原子不能从低能级向高能级跃迁 C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光 子后从较高能级跃迁到较低能级
D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子 或放出的光子的能量等于始、末两个能级的能量差值
(3)应用： 可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体 的化学组成并发现新元素．
2．氢原子光谱． (1)氢原子光谱的特点． 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示，在 可见光区域内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符 号 Hα、Hβ、Hγ 和 Hδ示．
在氢原子光谱图中的可见光区内，随着波长的逐渐 减小(由右向左)，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明 显的规律性．
答案：C
知识点二 原子的能级结构
提炼知识 1．能级结构猜想． (1)由于氢原子光谱是分立的，所以猜想原子内部的 能量也是不连续的． (2)能级：把原子内部不连续的能量称为能级．
(3)跃迁： ①把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作 跃迁． ②处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时辐射 光子；原子吸收特定频率的光子或通过其他途径获得能 量时，可以从低能级向高能级跃迁．原子辐射或吸收光 子的能量为 hν＝Em－En，其中 Em、En 分别为原子跃迁 前后的能级．
难点 1.能级公式相关问题 的计算 2.能级结构解释氢原 子的光谱的不连续性.
知识点一 氢原子光谱
提炼知识 1．原子光谱． (1)某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变 的光谱，这种光谱被称为原子光谱．
(2)每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子， 其原子光谱均不相同，原子光谱被称为原子的“指纹”， 可以通过对光谱的分析鉴别不同原子，确定物体的化学 组成并发现新元素．