高中物理 第3章 原子世界探秘 3_3 量子论视野下的原子模型教师用书 沪科版选修3-5
高中物理 3.3 量子论视野下的原子模型课件 沪科版选修35
要点(yàodiǎn)提 1．炼电子从一种能量态跃迁到另一种能量态时，吸收(或放出)能量
为hν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
决定，能即量(hnνé＝ngliàng)差 (m>n)．Em若－mEn→n，则 光子，若n辐→射m，则
光子．
吸收
2．根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n的氢原子最后
跃迁到基态时，可能(kěnéng)发出的不同频率的光子数可用
计算． n（n－1）
N＝Cn2＝
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例3 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行(kěxíng)的是( ) A．用10.2 eV的光子照射 B．用11 eV的光子照射 C．用14 eV的光子照射 D．用11 eV的电子碰撞
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1．不连续 hν 2．能量 新知呈现
3．(1)不连续(liánxù) 定态 跃迁 (2) Em－En
(3)不连续(liánxù) n2n1r21E1
0.53×10－10 －13.6
第三页，共30页。
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4．(1)不连续(liánxù)的 各定态 (2) ①最低 近基态 ②激发态
(2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群(yī qún)处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时能 辐射出多少种频率不同的光子？
图1
答案 氢原子能级跃迁图如图所示．从图中可以看 出能辐射出6种频率不同(bù tónɡ)的光子，它们分 别是n＝4→n＝3，n＝4→n＝2，n＝4→n＝1，n＝ 3→n＝2，n＝3→n＝1，n＝2→n＝1.
第二十一页，共30页。
解析 由“玻尔理论”的跃迁假设可知，氢原子在各能级间，只能吸收能 量值刚好等于两能级之差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV刚 好为氢原子n＝1和n＝2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激 发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对 14 eV的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使“氢原子”电离，而不受 氢原子能级间跃迁条件限制，由能的转化和守恒定律不难知道(zhī dào)， 氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4 eV的动能．
高中物理第3章原子世界探秘章末分层冲破教师用书沪科版选修3-5
第3章原子世界探秘[自我校对]①枣糕②α粒子③几乎全数质量④高速旋转⑤hν＝E m－E n ⑥r n＝n2r1 ⑦E n＝1n2E1____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________两个重要的物理思想方法1.模型法人们对原子结构的熟悉经历了几个不同的阶段，其中有汤姆生模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型.图312.假设法假设法是学习物理规律常常利用的方式，前边咱们学过的安培分子电流假说，此刻大家知道从物质微观结构来看是正确的，它就是核外电子绕核旋转所形成的电流.在那时的实验条件下是“假说”.玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的，他的成功在于引入量子理论，局限性在于保留了轨道的概念，没有完全离开经典物理学框架.卢瑟福的α粒子散射实验说明了下列哪一种情况( )A.原子内的正电荷全数集中在原子核里B.原子内的正电荷均匀散布在它的全数体积上C.原子内的正负电荷是一对一整齐排列的D.原子的几乎全数质量都集中在原子核里E.原子内部是十分“空旷”的【解析】卢瑟福的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转，这是原子中带正电部份作用的结果，由于大角度偏转的α粒子数极少，说明原子中绝大部份是空的，带正电部份的体积很小，带负电的电子绕核运动的向心力即是原子查对它的引力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全数正电荷和几乎全数质量，选项A、D、E正确.【答案】ADE玻尔理论1.玻尔原子模型(1)量子化观点：电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐射或吸收光子的频率都只能是分立的、不持续的值.(2)对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态.(3)定态观点：电子在某一可能轨道上运动时，原子是不向外辐射电磁波的，轨道与能量是稳定的.(4)跃迁观点：能级跃迁时辐射或吸收光子的能量，hν＝E m－E n(m＞n).(5)①原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁.②若是入射光的能量E≥ eV，原子也能吸收光子，则原子电离.③用粒子碰撞的方式使原子能级跃迁时，粒子能量大于能级差即可.2.跃迁与光谱线原子处于基态时，原子是稳定的，但原子在吸收能量跃迁到激发态后，就不稳定了，这时就会向低能级定态跃迁，而跃迁到基态，有时是经多次跃迁再到基态.一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：N＝C2n＝n n－1.2将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态离开原子核的束缚而成为自由电子.【导学号：】(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？(2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？(电子电荷量e＝×10－19 C，普朗克常量h＝×10－34J·s，电子质量m e＝×10－31 kg) 【解析】(1)n＝2时，E2＝－错误! eV＝－ eV，所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0.所以，要使处于n＝2激发态的原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝ eVν＝ΔE h＝错误! Hz≈×1014 Hz. (2)波长为200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量E 0＝hν＝×10－34×3×108200×10－9 J ＝×10－19 J电离能ΔE ＝××10－19 J ＝×10－19 J由能量守恒hν－ΔE ＝12m e v 2 代入数值解得v ≈×105m/s.【答案】 (1)×1014 Hz (2)×105 m/s(1)氢原子在某激发态的电离能大小等于该能级的能量值.(2)电子电离后如有多余的能量将以电子动能的形式存在.1.(2016·山东省实验中学检测)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )A.在实验中观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过90°，有的乃至被弹回B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转，当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部份D.实验表明：原子中心的核带有原子的全数正电荷和原子的全数质量E.α粒子散射是估量核半径的最简单的方式【解析】 由α粒子散射实验结果知，A 正确；由于电子的质量远小于α粒子的质量，对α粒子的运动影响极小，使α粒子发生明显偏转的是原子核的斥力，B 错误；实验表明：原子具有核式结构，核极小，但含有全数的正电荷和几乎所有的质量，按如实验可以肯定核半径的数量级，C 、E 正确，D 错误.【答案】 ACE2.(2016·大连一中检测)μ子与氢原子核(质子)组成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用.如图32为μ氢原子的能级示用意，假定光子能量为E 的一束光照射容器中大量处于n ＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E 等于( )图32(ν3－ν1) (ν3＋ν1)ν3(ν6－ν4)(ν1＋ν2)【解析】μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－、D、E正确.【答案】CDE3.(2016·福州一中检测)欲使处于基态的氢原子激发，下列办法可行的是( )A.用 eV的光子照射B.用13 eV的光子照射C.用14 eV的光子照射D.用13 eV的电子碰撞E.用 eV的电子碰撞【解析】由跃迁条件知氢原子受激发跃迁时只能吸收能量值恰好等于某两能级之差的光子.按照氢原子能级图不难算出 eV恰好为氢原子n＝1和n＝3的两能级差，而13 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因此氢原子只能吸收前者而不能吸收后者；对于14 eV的光子则足以使氢原子电离，电离后的自由电子还具有 eV的动能.至于13 eV的电子碰撞，它的能量可以部份被氢原子吸收而使氢原子激发，而 eV的能量小于n＝1和n＝2的两能级差.综上所述，选项A、C、D正确.【答案】ACD4.(2016·南京一中检测)欲使处于基态的氢原子电离，下列办法可行的是( )A.用 eV的光子照射B.用15 eV的光子照射C.用 eV的电子碰撞D.用15 eV的电子碰撞E.用 eV的电子碰撞【解析】基态氢原子的电离能为 eV，则 eV的光子被吸收，氢原子恰好电离，同理15 eV的光子和15 eV的电子碰撞都可供氢原子电离.至于 eV的电子，由于电子和氢原子质量不同，因此二者碰撞时电子不可能把 eV的能量全数传递给氢原子，因此用 eV的电子碰撞氢原子时氢原子不能电离。
2016-2017学年高中物理第3章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型学业分层测评沪科版选修3-5
3.3 量子论视野下的原子模型(建议用时：45分钟)[学业达标]1.关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( )A.它彻底否定了经典的电磁理论B.它发展了卢瑟福的核式结构学说C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子理论E.它保留了一些经典力学和经典的电磁理论【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论.【答案】BDE2.下面关于玻尔理论的解释中，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E.原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射光子，但光子的频率不固定【解析】根据玻尔原子理论可以判定选项A、B、D均正确；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能辐射一定频率的光子，也可能吸收一定频率的光子，故选项C不正确；原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射一定频率的光子，E错误.【答案】ABD3.设氢原子由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出能量为E、频率为ν的光子.则氢原子( )图332A.跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B.由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时放出光子的能量大于EC.由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于ED.由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的频率大于νE.由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的频率一定小于ν【解析】原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A错；由n＝2的状态向n ＝1的状态跃迁时，能量比由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时要大，所以放出光子的能量大于E，B项正确；由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出的能量E，C项正确；由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于ν，D项错，E项正确.【答案】BCE4.已知氢原子的能级图如图333所示，现用光子能量介于10～12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是( )【导学号：67080030】图333A.在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种E.照射后观测到氢原子发射的光中波长最长的光是由n＝4向n＝3跃迁时发出的【解析】根据跃迁规律hν＝E m－E n和能级图，可知A错，B对；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n＝4的能级，能发射的光子的波长有C24＝6种，故C对，D错；氢原子由n ＝4的能级跃迁到n＝3的能级发射出的光的频率最小，波长最长，故E正确.【答案】BCE5.用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为________或________.【解析】氢原子吸收光子能向外辐射三种不同频率的光子，说明其吸收光子后从基态跃迁到第三能级，在第三能级不稳定，又向较低能级跃迁，发出光子.其中从第三能级跃迁到基态的光子能量最大为hν3，所以氢原子吸收的光子能量应为E ＝hν3，且关系式hν3＝hν1＋hν2成立.【答案】 hν3 hν1＋hν26.氢原子的能级图如图334所示.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，求从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏？图334【解析】 设氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝2能级所发出的光子波长为λ0，由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级所发出的光子波长为λ，则E 4－E 2＝h c λ0，并且逸出功W 0＝h c λ0，E 2－E 1＝h c λ，根据爱因斯坦光电方程E k ＝hν－W 0得，光子的最大初动能为E k ＝h c λ－h c λ0＝hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫1λ－1λ0＝hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫E 2－E 1hc －E 4－E 2hc ＝2E 2－E 1－E 4＝7.65 eV. 【答案】 7.65 eV7.已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10 m ，量子数为n 的能级值为E n ＝－13.6n2 eV. (1)求电子在基态轨道上运动时的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态.画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线；(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.(其中静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，电子电量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c ＝3.0×108m/s) 【解析】 (1)设电子的质量为m ，电子在基态轨道上的速率为v 1，根据牛顿第二定律和库仑定律有m v 21r 1＝ke 2r 21，所以E k ＝12mv 21＝ke 22r 1＝9.0×109× 1.6×10－1922×0.528×10－10 J＝2.18×10－18 J ＝13.6 eV.(2)当氢原子从量子数n ＝3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线，如图所示.(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3－E1.λ＝hcE3－E1＝6.63×10－34×3×108[－1.5－－13.6]×1.6×10－19m＝1.03×10－7 m.【答案】(1)13.6 eV(2)见解析(3)1.03×10－7 m[能力提升]8.如图335为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )图335A.从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长B.从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的D.从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量E.处于n＝5能级的一群原子跃迁时，最多可以发出6种不同频率的光子【解析】根据ΔE＝hν，ν＝cλ，可知ΔE＝hν，λ＝cν＝hcΔE，从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级放出能量小，所以从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；电磁波的速度是光速，与电磁波的波长、频率无关，选项B错误；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不相同，C正确；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，D正确；处于n ＝5能级的一群原子跃迁时，最多可以发出10种不同频率的光子，E项错误.【答案】ACD9.氢原子部分能级的示意图如图336所示，不同色光的光子能量如下表所示：图336色光红橙黄绿蓝—靛紫光子能量范围(eV)1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10________、________.【解析】由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在 1.61～3.10 eV，故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，ΔE1＝－0.85－(－3.40) eV ＝2.55 eV，即蓝—靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，ΔE2＝－1.51－(－3.40) eV＝1.89 eV，即红光.【答案】红蓝—靛10.原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是(完全非弹性碰撞).一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，设碰撞中损失的能量全部被静止的氢原子吸收.图337(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图337所示).(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？【解析】设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收.若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2.由动量守恒和能量守恒有：mv0＝2mv①1 2mv20＝12mv2＋12mv2＋ΔE②12mv20＝E k③E k ＝13.6 eV解①②③④得，ΔE ＝12·12mv 20＝6.8 eV 因为ΔE ＝6.8 eV<10.2 eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁.(2)若使基态氢原子电离，则ΔE ＝13.6 eV ，代入①②③得E k ＝27.2 eV.【答案】 不能 (2)27.2 eV。
高中物理第3章原子世界探秘学案沪科版选修
第3章原子世界探秘一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解例1关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是( )A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大解析在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B 对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错．答案BC二、对玻尔的原子结构模型的理解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E n ＝1n2E 1(E n 为动能、电势能之和)．(2)轨道的量子化r n ＝n 2r 1.(3)能级跃迁量子化h ν＝E m －E n (吸收或辐射一定频率的光子)． 2．注意三个不同(1)一群氢原子与一个氢原子的不同：一个氢原子在一次跃迁时只能辐射一个光子，故一个氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射的光谱条数为n －1.而一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，由于向各个能级跃迁的可能性都存在，故可能辐射的光谱条数为N ＝C 2n ＝n n －2. (2)跃迁与电离的不同跃迁时只能吸收等于两个能级差的光子；电离时只要原子吸收的能量ΔE ≥E ∞－E n ，就可以使处于定态n 上的氢原子电离，当ΔE >E ∞－E n 时，电离后电子还具有一定的动能． (3)吸收光子跃迁与电子碰撞跃迁的不同电子碰撞原子核时，只要电子的动能大于或等于某两个能级能量差就可引起原子的激发跃迁．但由于电子的动能不是一份一份的，因此撞击时可把部分动能传给原子，剩余的部分自身保留．例2 有一群氢原子处于量子数n ＝4的激发态中，能发出几种频率的光子？其中最高频率、最低频率各为多少？若有一个氢原子处于量子数n ＝4的激发态时，最多能发出几种频率的光子？解析 一群氢原子向低能级跃迁时，各种跃迁方式都会发生，即可以从n ＝4的激光态跃迁到n ＝3、n ＝2、n ＝1的各能级；再从n ＝3的激发态跃迁到n ＝2、n ＝1的各能级；再从n ＝2的激发态跃迁到n ＝1的基态．故有N ＝n n －2＝6种频率的光子产生．如图所示为跃迁示意图．最高频率的光子满足h ν1＝－0.85 eV －(－13.6 eV)＝12.75 eV ＝2.04×10－18 J ，ν1＝3.1×1015Hz.最低频率的光子满足h ν2＝－0.85 eV －(－1.51 eV)＝0.66 eV ＝1.056×10－19J ，ν2＝1.6×1014Hz.一个氢原子处于量子数为4的激发态时，最多能发出4－1＝3(种)频率的光子． 答案 6种 3.1×1015Hz 1.6×1014Hz 3种例3 当用具有1.87 eV 能量的光子照射n ＝3激发态的氢原子时，氢原子( ) A ．不会吸收这个光子B ．吸收该光子后被电离，电离后的动能为0.36 eVC ．吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零D ．吸收该光子后不会被电离解析 E 3＝E 19＝－1.51 eV ，即处于n ＝3激发态的氢原子吸收大于或等于1.51 eV 能量的光子后即会发生电离，所以具有1.87 eV 能量的光子能被吸收，且电离后电子动能E k ＝(1.87－1.51) eV ＝0.36 eV.可见选项B 正确． 答案 B例4 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．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之差，E 表示调高后电子的能量．根据氢原子的能级图(如图1所示)可以判断，Δn 和E 的可能值为( )图1A ．Δn ＝1,13.22 eV<E <13.32 eVB ．Δn ＝2,13.22 eV<E <13.32 eVC ．Δn ＝1,12.75 eV<E <13.06 eVD ．Δn ＝2,12.75 eV<E <13.06 eV解析 由于原子发光时光谱线的数目为C 2m ＝m m －2，调高电子的能量后光谱线的数目为C 2n ＝n n －2，由C 2n －C 2m ＝5得n ＝4，m ＝2和n ＝6，m ＝5，故存在两种可能性．又由于是电子轰击，故电子的能量必须大于或等于某两个能级间的能量差，当Δn ＝2时应满足13.6 eV －0.85 eV<E <13.6 eV －0.54 eV ，即D 对；当Δn ＝1时应满足13.6 eV －0.38 eV<E <13.6 eV －0.28 eV ，即A 对． 答案 AD三、玻尔原子结构与力学的综合一般认为电子绕原子核做匀速圆周运动，电子与原子核间的库仑力提供向心力，由此可利用相关知识列方程求解某些问题．例5 氢原子辐射出一个光子后，则( ) A ．电子绕核旋转的半径增大 B ．电子的动能增大 C ．氢原子的电势能增大 D ．原子的能级值增大解析 由玻尔理论可知，当氢原子辐射出一个光子后，氢原子将由高能级跃迁到低能级，即原子的能级减小，同时，氢原子核外电子的轨道半径将减小，故A 、D 选项错误．核外电子绕核运动的向心力由氢核对电子的库仑力提供，故有k e 2r 2＝mv 2r则电子的动能为E k ＝12mv 2＝ke 22r可见r 减小时，电子的动能增大，B 选项正确．当核外电子的轨道半径减小时，原子核对电子的库仑力做正功，因而氢原子的电势能减小，C 选项错误． 答案 B1．下列关于原子结构的说法中正确的是( ) A ．电子的发现说明了原子内部还有复杂结构 B ．α粒子散射实验揭示了原子的核式结构 C ．α粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转D ．α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转，是α粒子与原子发生碰撞所致答案AB解析电子的发现，证明了原子内部存在带正电的物体，α粒子的散射实验说明了原子内部很空旷，揭示了原子的内部结构．2．一个氢原子中的电子从一半径为r a的轨道自发地直接跃迁至另一半径为r b的轨道，已知r a>r b，则在此过程中( )A．原子要辐射一系列频率的光子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答案 D解析因为是从高能级向低能级跃迁，所以应放出光子，因此B、C错误．“直接”从一能级跃迁至另一能级，只对应某一能级差，故只能辐射某一频率的光子．3．已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，当一群处于量子数为n＝3的激发态的氢原子发生跃迁时，可能辐射的光子能量是( )A．1.5 eVB．12.09 eVC．1.89 eV、12.09 eVD．1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV答案 D4．关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是( )A．用能量为20.75 eV的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B．用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态答案AB解析氢原子的电离能ΔE＝0－(－13.6) eV＝13.6 eV<20.75 eV所以可使氢原子电离，A正确．由hν＝E m－E1得E m1＝hν＋E1＝10.2 eV＋(－13.6) eV＝－3.4 eVE m 2＝11.0 eV ＋(－13.6) eV ＝－2.6 eVE m 3＝12.5 eV ＋(－13.6) eV ＝－1.1 eV由E ＝E 1n2得，只有E m 1＝－3.4 eV 对应于n ＝2的状态．由于电子绕核运动时吸收光子只能吸收恰好为两能级能量差的光子，所以只有B 可使氢原子从基态跃迁到激发态．5．汞原子的能级图如图2所示，现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上，汞原子只发出三种不同频率的单色光．那么，关于入射光的能量，下列说法正确的是( )图2A ．可能大于或等于7.7 eVB ．可能大于或等于8.8 eVC ．一定等于7.7 eVD ．包含2.8 eV 、4.9 eV 、7.7 eV 三种 答案 C解析 汞原子发出三种不同频率的单色光说明汞原子一定吸收能量从基态跃迁到n ＝3的激发态上，其能级差为ΔE ＝E 3－E 1＝7.7 eV ，故C 正确．6．用12.6 eV 的电子去轰击处于基态的氢原子样品时，能否引起氢原子的跃迁？若能引起，则可以使氢原子跃迁到哪些能级上？若用12.6 eV 的光子去轰击处于基态的氢原子样品时，能否引起氢原子的跃迁？ 答案 能 n ＝2和n ＝3 不能解析 根据氢原子的能级图并分析两能级差可知，当用电子去轰击处于基态的氢原子样品时，因为12.6 eV>10.2 eV,12.6 eV>12.09 eV,12.6 eV<12.75 eV ，故可以使氢原子跃迁到n ＝2和n ＝3的能级上．但用光子去轰击处于基态的氢原子样品时，入射光子的能量必须为两能级的能量差值，即10.2 eV 、12.09 eV 、12.75 eV 、…所以用12.6 eV 的光子去轰击时不能引起氢原子的跃迁．7．处于n ＝3的氢原子能够自发地向低能级跃迁， (1)跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化？(2)可能辐射的光子波长是多少？(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s)答案 (1)电子动能增大，原子能量减小(2)6.58×10－7 m 1.03×10－7 m 1.22×10－7m解析 (1)电子从外轨道进入内轨道，半径变小，由于ke 2r 2＝mv 2r 则E k ＝12mv 2＝ke22r，由此可知动能增大；在此过程中，原子向外辐射光子，因此原子能量减小． (2)原子的可能跃迁及相应波长 ①从n ＝3到n ＝2而E 3＝－1.51 eV ，E 2＝－3.4 eV 由h ν＝h cλ＝E m －E n 得λ1＝hc E 3－E 2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19 m＝6.58×10－7m ②从n ＝3到n ＝1 而E 1＝－13.60 eV λ2＝hcE 3－E 1＝6.63×10－34×3×10812.09×1.6×10－19 m ＝1.03×10－7m ③从n ＝2到n ＝1，则λ3＝hc E 2－E 1＝6.63×10－34×3×10810.2×1.6×10－19 m ＝1.22×10－7m。
同步备课套餐之物理沪科版选修35课件：第3章原子世界探秘 3.3
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 跃迁有什么关系？ 答案 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(其能量记为En)时，会放出能量为hν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hν＝Em－En(m＞n). 当电子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 上式决定.
• 1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。
• 2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。
• 3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。
• 4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。
• 5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
第3章
3.3 量子论视野下的原子模型
学习目标 1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容. 2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，会计算原 子跃迁时吸收或辐射光子的能量. 3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱.
内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究
一、玻尔原子理论的基本假设 导学探究 1.按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动.我们知 道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星 绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否 就可以变为电子—原子核模型呢？ 答案 不可以.在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值， 而卫星的轨道半径理论上可按需要任意取值.
D.波长关系为λB＞λA＞λC
图5
123 4
解析 答案
高中物理第3章原子世界探秘3量子论视野下的原子模型随堂演练巩固提升课件沪教版选修3
(2)要使处于基态的氢原子电离，就是要使氢原子第一条可 能轨道上的电子获得能量脱离原子核的引力束缚，则 hν≥ E∞－E1＝13.6 eV＝2.176×10－18 J 即 ν≥E∞－h E1＝26.1.6736××1100－－3148 Hz≈3.28×1015 Hz. 答案：(1)6 种 (2)3.28×1015 Hz
休息时间到啦
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时间 休息一下眼睛，
看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一动 对身体不好哦~
5．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )
A．从 n＝4 能级跃迁到 n＝3 能级比从 n＝3 能级跃迁到 n ＝2 能级辐射出电磁波的波长长 B．从 n＝5 能级跃迁到 n＝1 能级比从 n＝5 能级跃迁到 n ＝4 能级辐射出电磁波的速度大 C．若要从低能级跃迁到高能级，必须吸收光子 D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
三、非选择题 11．氢原子处于基态时，原子的能量为 E1＝－13.6 eV，问： (1)氢原子在 n＝4 的定态上时，可放出几种光子？ (2)若要使处于基态的氢原子电离，要用多大频率的电磁波 照射此原子． 解析：(1)原子处于 n＝1 的定态，这时原子对应的能量最低， 这一定态是基态，其他的定态均是激发态．原子处于激发 态时不稳定，会自动地向基态跃迁，而跃迁的方式多种多 样，当氢原子从 n＝4 的定态向基态跃迁时，可释放出 6 种 不同频率的光子．
4．用能量为 12.30 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子， 则受到光的照射后下列关于氢原子跃迁说法正确的是 () A．电子能跃迁到 n＝2 的能级上去 B．电子能跃迁到 n＝3 的能级上去 C．电子能跃迁到 n＝4 的能级上去 D．电子不能跃迁到其他能级上去
高中物理第三章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型课后训练沪科版选修3_5
量子论视野下的原子模型1．处于基态的氢原子的能量值是－13.6 eV,4种光子的能量值如下，其中有几种光子能使基态的氢原子电离（）。
A ．10.2 eVB ．13.6 eVC ．13.9 eV D．3.4 eV 2．原子的能量量子化现象是指（）。
A ．原子的能量是不可以改变的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3．氢原子辐射出一个光子之后，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4．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。
已知基态的氦离子能量为E 1＝－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 5．氢原子从n ＝4的激发态直接跃迁到n ＝2的激发态时，发出蓝光。
当氢原子从n ＝5的激发态直接跃迁到n ＝2的激发态时，不可能发出的是（）。
A ．红外线 B．红光C ．紫光 D ．γ射线6．已知氢原子的基态能量为E 1，激发态能量E n ＝E 1/n 2，其中n ＝2,3，…。
用h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速。
能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为（）。
A ．143hcE B ．12hc E C ．14hcE D ．19hc E 7．大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是： 1.89 eV 、10.2 eV 、12.09 eV 。
跃迁发生前这些原子分布在______个激发态能级上，其中最高能级的能量值是______ eV （基态能量为－13.6 eV ）。
8．已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.53×10－10 m ，基态的能级值为E 1＝－13.6eV 。
沪教版高中物理选修3-5 3.3量子论视野下的原子模型教学
4 3 2
1
1、吸收
情况一： h Em En
情况二：h 电离能
2、吸收
E实物 Em En
五、课堂检测
1、处于基态的氢原子在某单色光照射下，只能发出频率分别为ν1、ν2、ν3的
三种光，且ν1<ν2<ν3，则该照射光的光子能量为( C )
A．hν1
B．hν2 C．hν3 D．h(ν1＋ν2＋ν3)
玻尔理论对氢光谱的解释
n
E/eV
氢
∞－－－－－－－－－－－－－－－－－ 0 eV
原
５ ４
子
３
的激
能
发 态
２
级
-0.54
巴
帕 邢 系
布 喇 开 系
普 丰 德 系
-0.85 -1.51
-3.4
耳
图
末 系
（
演 基态
示Leabharlann １）赖曼系
-13.6
三、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，即保留 经典粒子的观念，把电 子的运动看做经典力学描述下的 轨道 运动。
能量: E n
1 n2
E1
一、玻尔理论
3、跃迁假说：
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，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。
vm r
h Em En
二、能级及氢原子光谱
1、能级：玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因而各 定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在各定态的能量 值叫做原子的能级。
高中物理第3章原子世界探秘3量子论视野下的原子模型沪教35沪教高二35物理
6.63×10－34×3×108 [－1.51－（－13.6）]×1.6×10－19
m≈1.03×10－7 m.
[答案] 12/9/2021 (1)13.6 eV (2)见解析 (3)1.03×10－7 m
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由kre2n2＝mrvn 2n，可计算出电子在任意轨道上运动的动能 Ekn＝ 12mv2n＝k2ern2，并由此计算出相应的电势能 Epn，且 Ekn＝|Ekn|， Epn＝－2Ekn(Ep∞＝0)．
12/9/2021
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[解析] 选项 A、B、C 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 同的圆形轨道相对应，是经典理论与“量子化”概念的结 合． [答案] ABC
12/9/2021
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道上．玻尔将这种现象叫做电子的跃迁．
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(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有 () A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动， 但不向外辐射能量 B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆形轨道绕核运动 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
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1 ． (1) 玻 尔 的 原 子 结 构 假 说 认 为 电 子 的 轨 道 是 量 子 化 的．( ) (2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁 到较高的能量态．( ) (3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．( ) 提示：(1)√ (2)√ (3)×
高中物理 第3章 原子世界探秘 3_3 量子论视野下的原子模型教师用书 沪科版选修3-5
3.3 量子论视野下的原子模型学习目标知识脉络1.知道卢瑟福核式结构模型存在的弱点以及玻尔理论的主要内容.(重点)2.掌握氢原子的轨道半径的规律、氢原子能级及电磁辐射的规律.(重点、难点)3.了解原子光谱及其意义.(重点)4.了解玻尔理论的成就与局限性.玻尔的原子模型[先填空]1.玻尔理论的建立背景(1)经典理论的困难电子绕原子核高速运转，必然向外辐射电磁波，辐射能量后的电子将因原子核的引力作用而沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此.(2)玻尔的工作玻尔在卢瑟福模型的基础上，把普朗克的量子论引入了原子系统，建立了玻尔理论.2.玻尔理论的内容(1)玻尔理论的主要假设①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，这些状态叫做定态.处于定态的原子并不对外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射.②原子从能量为E m的定态跃迁到能量为E n的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.(2)玻尔理论的结果①氢原子的电子轨迹半径为r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)②氢原子的能量为E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)r1、E1为电子的第一条轨迹半径以及对应的能量，且r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6_eV.[再判断]1.玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型.(×)2.玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量.(√)3.玻尔理论认为电子绕核运转的半径可以取一系列不连续的任意值.(×)[后思考]请思考原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾是什么.【提示】电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾.[核心点击]1.轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.氢原子各条可能轨道上的半径r n＝n2r1(n＝1,2,3…)其中n是正整数，r1是离核最近的可能的轨道半径，r1＝0.53×10－10 m.其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值.这样的轨道形式称为轨道量子化.2.能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态.(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的.氢原子的电子在各条轨道上运动时氢原子的能量E n＝1n2E1(n＝1,2,3…)E1代表电子在离核最近的可能轨道上运动时氢原子的能量E1＝－13.6 eV. (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能.1.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连续的D.原子的轨道半径越大，原子的能量越大E.原子的能量是不连续的【解析】 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，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A 、C 错，B 正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D 正确；原子轨道是不连续的，原子能量也是不连续的，E 正确.【答案】 BDE2.根据玻尔理论，氢原子核外电子在n ＝1和n ＝2的轨道上运动时，其运动的( ) A.轨道半径之比为1∶4 B.动能之比为4∶1 C.速度大小之比为4∶1 D.周期之比为1∶8 E.向心加速度之比为8∶1【解析】 由轨道量子化r n ＝n 2r 1知r 1∶r 2＝1∶4，故A 正确；由k e 2r 2＝m v 2r 得E k ＝12mv2＝ke 22r ，故E k1∶E k2＝r 2∶r 1＝4∶1，故B 选项正确，C 选项错误；由k e 2r 2＝m (2πT )2·r 得T ＝2πre mrk，故T 1∶T 2＝r 31r 32＝1∶8，故D 正确；由k e 2r 2＝ma 得：a ＝k e 2mr 2，故a 1∶a 2＝ke 2mr 21∶ke 2mr 22＝16∶1，E 错误.【答案】 ABD3.氢原子在电子轨道半径r 1＝0.53×10－10m 时，能量E 1＝－13.6 eV.求：(1)电子的动能； (2)氢原子的电势能；(3)电子在核外旋转的等效电流.(已知电子质量m ＝9.1×10－31kg)【解析】 (1)设氢原子核外电子速度 v 1，则k e 2r 21＝mv 21r 1所以电子动能E k1＝12mv 21＝ke22r 1＝9×109× 1.6×10－1922×0.53×10－10×1.6×10－19 eV ＝13.6 eV. (2)因为E 1＝E k1＋E p1，所以E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝ －27.2 eV.(3)等效的环形电流I ＝e /T ，由ke 2r 2＝mr ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2可得T ＝2πmr 3ke 2. 所以I ＝e T ＝e 22πk mr3，代入数据得：I ＝1.05×10－3A. 【答案】 (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3) 1.05×10－3A解决玻尔原子模型问题的两点提醒(1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量.(2)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.能 级 原 子 光 谱[先填空] 1.能级在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，各定态的能量只能取一些分立值，各定态的能量值叫做原子的能级.2.氢原子能级结构图(1)基态：原子处于能量最低的状态电子在离核最近的轨道上运动的定态. (2)激发态：电子在除基态外的其他轨道上运动时的定态.(3)把氢原子所有可能的能量值画在一张图上，就得到了氢原子的能级结构图(如图331).图331(4)原子的能级跃迁①原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向较低能级的激发态或基态跃迁，这一过程以光子的形式辐射能量.②原子从基态或较低能级的激发态向较高能级的激发态跃迁的过程吸收能量. 原子吸收或辐射能量，等于发生相应跃迁时两个能级的能量差. 3.电子云用疏密不同的点表示电子在各处出现的概率，玻尔原子理论中的电子轨道是电子出现概率最大的地方.[再判断]1.不同原子的发光频率是不一样的.(√)2.氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因.(√)3.玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线.(√)4.当氢原子由能量为E 的定态向低能级跃迁时，其发光频率为ν＝Eh.(×) 5.电子云就是原子核外电子的分布图.(×) [后思考]玻尔理论是如何解释氢原子光谱特征的？【提示】 当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量.因为电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差.能量差值不同，发射光的频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光.[核心点击]1.能级图中n 称为量子数，E 1代表氢原子的基态能量，即量子数n ＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.E n 代表电子在第n 个轨道上运动时的能量.作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n ＝1是原子的基态，n →∞是原子电离时对应的状态.2.能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态.所以一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N ＝n n －12＝C 2n .3.光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定.hν＝E m －E n (E m 、E n 是始末两个能级且m ＞n )能级差越大，放出光子的频率就越高.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，其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.(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部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E ＝E n －E k )，就可使原子发生能级跃迁.5.原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV ，则原子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.6.玻尔理论的成就及局限性(1)成就：成功解释了氢原子光谱的实验规律. (2)局限性：不能解释复杂原子的光谱现象.(3)原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动.4.欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( )【导学号：67080029】A.用10.2 eV 的光子照射B.用11 eV 的光子照射C.用14 eV 的光子照射D.用10 eV 的光子照射E.用12.09 eV 的光子照射【解析】 由氢原子的能级图可求得E 2－E 1＝－3.40 eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ，即10.2 eV 是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2 eV 的光子后将跃迁到第二能级态，可使处于基态的氢原子激发，A 对；同理可知E 对；E m －E 1≠11 eV，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B 错；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量须≥13.6 eV，而14 eV ＞13.6 eV ，故14 eV 的光子可使基态的氢原子电离，C 对；E m －E 1≠10 eV，既不满足玻尔理论关于跃迁的条件，也不能使氢原子电离，D 错.【答案】 ACE5.(2015·海南高考)氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV.大量氢原子处于某一激发态.由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为______eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有______种不同的频率.【解析】 频率最大的光子能量为－0.96E 1，即E n －(－13.6 eV)＝－0.96×(－13.6 eV)，解得E n ＝－0.54 eV即n ＝5，从n ＝5能级开始，根据n n －12可得共有10种不同频率的光子.从n ＝5到n ＝4跃迁的光子频率最小，根据E ＝E 5－E 4可得频率最小的光子的能量为0.31 eV.【答案】0.31 106.有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，当它们跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？【解析】(1)由n＝3的激发态向低能级跃迁的路径为n3→n2→n1或n3→n1，故能放出三种能量的光子.(2)上述三种跃迁辐射中，由n3→n2的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长.由氢原子能级图知E2＝－3.4 eV，E3＝－1.51 eV.hν＝E3－E2，由ν＝cλ可得λ＝hcE3－E2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19m＝6.58×10－7 m.【答案】(1)3 (2)n3→n2的跃迁 6.58×10－7 m一个氢原子与一群氢原子在能级分析中的差别1.如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光条数为(n－1).2.如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道，每一个跃迁时只能发出一种光，多种轨道同时存在，发光条数N＝n n－12.3.若知道每条光线的能量，可根据已知情况判定光线的波长或光线所在的区域.欢迎您的下载，资料仅供参考！。
沪科教版选修3《量子论视野下的原子》教案及教学反思
沪科教版选修3《量子论视野下的原子》教案及教学反思一、课程背景《量子论视野下的原子》是沪科教版选修3物理课程中的一个重要章节，主要介绍了原子的基本结构与量子力学的基本原理。
本章节是高中阶段学生第一次接触量子力学的内容，对于学生的科学素养和综合能力提升具有重要意义。
二、教学目标知识目标1.理解原子的基本结构与原子核的组成；2.理解量子力学的基本原理，包括波粒二象性、不确定性原理、量子态等概念；3.掌握波尔模型、德布罗意假说和氢原子的能级结构等基本知识；4.熟悉原子光谱的特点。
能力目标1.能够分析并解决简单的原子结构问题；2.能够运用量子力学的基本原理解释原子光谱的规律；3.能够运用所学知识解决实际问题。
情感目标1.培养学生的科学探究精神，培养学生探究自然现象的兴趣；2.培养学生的科学思维能力和创新能力；3.引导学生尊重科学事实，发扬科学精神。
三、教学内容及方法教学内容1.原子结构的基本概念，亚原子粒子的特性；2.波粒二象性和不确定性原理的基本概念；3.波尔模型的基本原理，氢原子的能级结构；4.德布罗意假说和电子在原子中的行为；5.原子光谱的特点。
教学方法1.概念讲解法：对原子结构、波粒二象性等基本概念进行详细讲解；2.实验演示法：通过波尔模型演示原子核的构成和氢原子的能级结构；3.讨论交流法：通过小组讨论等方式，让学生更好地理解所学内容；4.课外拓展法：通过学生自主选题、资源检索等活动，拓展学生的知识面。
四、教学反思在本节课的教学过程中，我采用了多种教学方法，如概念讲解、实验演示、讨论交流、课外拓展等，使学生掌握了更为丰富的原子结构知识和量子力学的基本原理。
同时，我注重引导学生进行探究式学习，鼓励学生自主思考和创新，激发学生对科学的浓厚兴趣。
但是，在教学实践中，我也发现了一些不足之处：1.教学材料的选择：在教学材料的选择方面，我发现教材的内容虽然非常丰富，但有些内容难度较大，不太适合所有学生，为此我需要更加注重课堂差异化教学。
3.3量子论视野下的原子-沪科教版选修3-5教案
3.3量子论视野下的原子-沪科教版选修3-5教案一、教学目标1.知识与能力1.了解量子物理学在原子结构等领域的应用；2.掌握波粒二象性原理和不确定性原理；3.理解原子能级模型和波尔理论；4.理解电子自旋和制备精确的原子钟。
2.过程与方法1.运用物理学知识探究问题；2.运用逻辑思维分析量子世界的规律性与现实意义；3.运用语文知识合理表达量子物理学的相关概念。
3.情感态度与价值观1.培养学生探究科学道理和问题的兴趣；2.增强学生对科学实验精神和科学进步的尊重；3.培养学生创新意识和科学精神。
二、教学重难点1.教学重点1.原子能级模型和波尔理论；2.电子自旋和精确的原子钟制备。
2.教学难点1.波粒二象性原理和不确定性原理的理解；2.量子论视野下的原子结构模型。
三、教学内容1.量子论视野下的原子结构模型1.1 波粒二象性原理和不确定性原理经典物理学认为物质由质点构成，但是在粒子间距约为0.1nm以下的纳米级别以及极速运动下，经典物理学描述无法适用。
这就需要量子物理学。
学生需要理解波粒二象性原理和不确定性原理，波粒二象性原理是指微观粒子既可看作粒子，也可看作波，粒子的运动须遵循波动特性规律，而又存在波的特征；不确定性原理是指，对于微观粒子量的任何测量都存在一定误差，该误差包含系统的受限误差和自然的本底误差，这意味着我们不能同时知道粒子的位置和动量。
1.2 原子能级模型和波尔理论学生需要理解原子能级模型和波尔理论。
原子能级模型是指，电子围绕原子核轨道运动所具有的能量值，波尔理论即为基于能量量子化的原子模型。
然后我们可以理解原子光谱的产生机制和原子中电子跃迁的规律性。
2.电子自旋和精确的原子钟制备2.1 电子自旋学生需要理解电子自旋。
电子自旋是电子固有的一种内禀角动量，具有两个取向状态，分别为“向上自旋”和“向下自旋”。
电子自旋在核磁共振领域有广泛的应用。
2.2 精确的原子钟制备学生需要理解制备精确的原子钟。
高中物理第3章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型沪科35沪科高二35物理
(fāchū)的光都有自己的特征，因而有自己的
原子光谱 .
3.由于原子的能级是不连续的，所以辐射的光子的能量也是
子辐射光波的频率只有若干分立的值.
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第十三页，共三十六页。
图2 .从不光连谱续的上看，原
[即学即用] 判断下列说法的正误. (1)玻尔理论能很好地解释氢原子的光谱.( √)
2态故.电能E子k量n绕＝为氢21负原m，v子n2核基＝运态k2动er的2n时，半而：径E为pn＝rk1e＝r－22＝0，k.两0erm5n2者3，vrn2之m和，即E1为＝轨－道13能.6量eV是其定态E能＝量E的kn最＋低E，值pn＝.所以－氢12k原ern2 子的定
3.当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小.
基态，n→∞是原子电离时对应的状态.
2.跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足hν＝|Em－En|，h ＝|Em－Ecn|. λ
3.大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射
n种n不－同1频率的光，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2 子.
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第二十五页，共三十六页。
例3 (多选)氢原子能级(néngjí)图如图3所示，当氢原子从n＝3跃迁到 n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是
A.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级(néngjí)时，辐射光的波长大于
656 nm
图3
B.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级
[导学探究] 1.按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动.我们知 道，库仑引力和万有引力(wàn yǒu yǐnlì)形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫 星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就 可以变为电子—原子核模型呢？
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3.3 量子论视野下的原子模型[先填空]1.玻尔理论的建立背景(1)经典理论的困难电子绕原子核高速运转，必然向外辐射电磁波，辐射能量后的电子将因原子核的引力作用而沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此.(2)玻尔的工作玻尔在卢瑟福模型的基础上，把普朗克的量子论引入了原子系统，建立了玻尔理论.2.玻尔理论的内容(1)玻尔理论的主要假设①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，这些状态叫做定态.处于定态的原子并不对外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射.②原子从能量为E m的定态跃迁到能量为E n的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.(2)玻尔理论的结果①氢原子的电子轨迹半径为r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)②氢原子的能量为E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)r1、E1为电子的第一条轨迹半径以及对应的能量，且r1＝0.53×10－10m，E1＝－13.6_eV.[再判断]1.玻尔理论全面否定了原子的核式结构模型.(×)2.玻尔认为原子是稳定的，电子绕核旋转但不向外辐射能量.(√)3.玻尔理论认为电子绕核运转的半径可以取一系列不连续的任意值.(×)[后思考]请思考原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾是什么.【提示】电子绕核做圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾.[核心点击]1.轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.氢原子各条可能轨道上的半径r n＝n2r1(n＝1,2,3…)其中n是正整数，r1是离核最近的可能的轨道半径，r1＝0.53×10－10 m.其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值.这样的轨道形式称为轨道量子化.2.能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态.(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的.氢原子的电子在各条轨道上运动时氢原子的能量E n＝1n2E1(n＝1,2,3…)E1代表电子在离核最近的可能轨道上运动时氢原子的能量E1＝－13.6 eV. (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能.1.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连续的D.原子的轨道半径越大，原子的能量越大E.原子的能量是不连续的【解析】 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，很短时间内电子的能量就会消失，与客观事实相矛盾，由玻尔假设可知选项A 、C 错，B 正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D 正确；原子轨道是不连续的，原子能量也是不连续的，E 正确.【答案】 BDE2.根据玻尔理论，氢原子核外电子在n ＝1和n ＝2的轨道上运动时，其运动的( ) A.轨道半径之比为1∶4 B.动能之比为4∶1 C.速度大小之比为4∶1 D.周期之比为1∶8 E.向心加速度之比为8∶1【解析】 由轨道量子化r n ＝n 2r 1知r 1∶r 2＝1∶4，故A 正确；由k e 2r 2＝m v 2r 得E k ＝12mv2＝ke 22r ，故E k1∶E k2＝r 2∶r 1＝4∶1，故B 选项正确，C 选项错误；由k e 2r 2＝m (2πT )2·r 得T ＝2πre mrk，故T 1∶T 2＝r 31r 32＝1∶8，故D 正确；由k e 2r 2＝ma 得：a ＝k e 2mr 2，故a 1∶a 2＝ke 2mr 21∶ke 2mr 22＝16∶1，E 错误.【答案】 ABD3.氢原子在电子轨道半径r 1＝0.53×10－10m 时，能量E 1＝－13.6 eV.求：(1)电子的动能； (2)氢原子的电势能；(3)电子在核外旋转的等效电流.(已知电子质量m ＝9.1×10－31kg)【解析】 (1)设氢原子核外电子速度 v 1，则k e 2r 21＝mv 21r 1所以电子动能E k1＝12mv 21＝ke22r 1＝9×109－1922×0.53×10－10×1.6×10－19 eV ＝13.6 eV. (2)因为E 1＝E k1＋E p1，所以E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝ －27.2 eV.(3)等效的环形电流I ＝e /T ，由ke 2r 2＝mr ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2可得T ＝2πmr 3ke 2.所以I ＝e T ＝e 22πk mr3，代入数据得：I ＝1.05×10－3A. 【答案】 (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3) 1.05×10－3A解决玻尔原子模型问题的两点提醒(1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量.(2)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.[先填空] 1.能级在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，各定态的能量只能取一些分立值，各定态的能量值叫做原子的能级.2.氢原子能级结构图(1)基态：原子处于能量最低的状态电子在离核最近的轨道上运动的定态. (2)激发态：电子在除基态外的其他轨道上运动时的定态.(3)把氢原子所有可能的能量值画在一张图上，就得到了氢原子的能级结构图(如图331).图331(4)原子的能级跃迁①原子处于基态时最稳定，处于较高能级的激发态时会自发地向较低能级的激发态或基态跃迁，这一过程以光子的形式辐射能量.②原子从基态或较低能级的激发态向较高能级的激发态跃迁的过程吸收能量. 原子吸收或辐射能量，等于发生相应跃迁时两个能级的能量差. 3.电子云用疏密不同的点表示电子在各处出现的概率，玻尔原子理论中的电子轨道是电子出现概率最大的地方.[再判断]1.不同原子的发光频率是不一样的.(√)2.氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因.(√)3.玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线.(√)4.当氢原子由能量为E 的定态向低能级跃迁时，其发光频率为ν＝E h.(×) 5.电子云就是原子核外电子的分布图.(×) [后思考]玻尔理论是如何解释氢原子光谱特征的？【提示】 当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会辐射能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要吸收能量.因为电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的能量差.能量差值不同，发射光的频率也不同，我们就能观察到不同颜色的光.[核心点击]1.能级图中n 称为量子数，E 1代表氢原子的基态能量，即量子数n ＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.E n 代表电子在第n 个轨道上运动时的能量.作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n ＝1是原子的基态，n →∞是原子电离时对应的状态.2.能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态.所以一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N ＝n n －2＝C 2n .3.光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定.h ν＝E m －E n (E m 、E n 是始末两个能级且m ＞n )能级差越大，放出光子的频率就越高.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，其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.(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部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E ＝E n －E k )，就可使原子发生能级跃迁.5.原子的电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV ，则原子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.6.玻尔理论的成就及局限性(1)成就：成功解释了氢原子光谱的实验规律. (2)局限性：不能解释复杂原子的光谱现象.(3)原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动.4.欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( )【导学号：67080029】A.用10.2 eV 的光子照射B.用11 eV 的光子照射C.用14 eV 的光子照射D.用10 eV 的光子照射E.用12.09 eV 的光子照射【解析】 由氢原子的能级图可求得E 2－E 1＝－3.40 eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ，即10.2 eV 是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2 eV 的光子后将跃迁到第二能级态，可使处于基态的氢原子激发，A 对；同理可知E 对；E m －E 1≠11 eV，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B 错；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量须≥13.6 eV，而14 eV ＞13.6 eV ，故14 eV 的光子可使基态的氢原子电离，C 对；E m －E 1≠10 eV，既不满足玻尔理论关于跃迁的条件，也不能使氢原子电离，D 错.【答案】 ACE5.(2015·海南高考)氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV.大量氢原子处于某一激发态.由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为______eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有______种不同的频率.【解析】 频率最大的光子能量为－0.96E 1，即E n －(－13.6 eV)＝－0.96×(－13.6 eV)，解得E n ＝－0.54 eV即n ＝5，从n ＝5能级开始，根据n n －2可得共有10种不同频率的光子.从n ＝5到n ＝4跃迁的光子频率最小，根据E ＝E 5－E 4可得频率最小的光子的能量为0.31 eV.【答案】 0.31 106.有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，当它们跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？【解析】(1)由n＝3的激发态向低能级跃迁的路径为n3→n2→n1或n3→n1，故能放出三种能量的光子.(2)上述三种跃迁辐射中，由n3→n2的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长.由氢原子能级图知E2＝－3.4 eV，E3＝－1.51 eV.hν＝E3－E2，由ν＝cλ可得λ＝hcE3－E2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19m＝6.58×10－7 m.【答案】(1)3 (2)n3→n2的跃迁 6.58×10－7 m一个氢原子与一群氢原子在能级分析中的差别1.如果是一个氢原子，该氢原子的核外电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，由这一轨道向另一轨道跃迁时只能有一种光，但可能发出的光条数为(n－1).2.如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子在某时刻有多种可能轨道，每一个跃迁时只能发出一种光，多种轨道同时存在，发光条数N＝n n－2.3.若知道每条光线的能量，可根据已知情况判定光线的波长或光线所在的区域.。