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
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＝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 －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.。
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导学案 沪科版选修
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导学案沪科版选修1、知道玻尔原子理论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、3、能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型、1、爱因斯坦的光子说：光的能量是不连续的，而是一份一份的，一份叫一个光子，一个光子的能量为hν、2、eV是能量的单位，1 eV＝1、610－19 J、3、玻尔理论(1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，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)跃迁假设：原子从能量为Em的定态跃迁到能量为En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＝Em－En、(3)轨道假设：电子围绕原子核运动的轨道半径也是不连续的，只能是一些分立的数值，即rn＝n2r1，En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中r1＝0、5310－10 m，E1＝－13、6 eV、4、能级、原子光谱(1)能级：在玻尔模型中，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、(2)基态和激发态①基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态、②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态、(3)原子光谱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低能级的激发态或基态跃迁，这一过程是辐射能量的过程，能量以光子的形式辐射出去、各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可能发射的光的频率也不同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而具有自己的原子光谱、5、玻尔理论的成就和局限(1)玻尔理论的成就玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域；提出了能级和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律、(2)玻尔理论的局限性没有彻底摆脱经典物理学的束缚，对更复杂的原子光谱无法解释、原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间，只是在不同的地方出现的概率不同、电子在各处出现的概率，就像云雾一样，人们把它叫做电子云、一、对玻尔理论的理解[问题设计]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运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星原子核模型呢？答案不是、在玻尔的理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值、[要点提炼]对玻尔原子模型的理解1、轨道量子化(1)轨道半径只能够是某些分立的数值、(2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0、053 nm，其余轨道半径满足rn ＝n2r1，n为量子数，n＝1,2,3，…、2、能量量子化不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的、原子各能级：En＝E1(E1＝－13、6 eV，n＝1,2,3，…)3、能级跃迁与光子的发射和吸收：(1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会发射光子，放出光子的能量hν与始末两能级Em、En之间的关系为：hν＝Em－En、(2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从低能级跃迁到高能级、[延伸思考]为什么氢原子的定态能量为负值？氢原子由低能级跃迁到高能级的过程中动能如何变化？电势能Ep及轨道能量如何变化？答案氢原子的定态能量包括两种能量：电子绕核运动的动能及电子—氢原子核系统的电势能、在研究电势能时我们通常取无穷远处作零势能，设电子距核的半径为r，电子质量为m，由k＝m可知电子的动能Ek＝k，而电势能的表达式为Ep＝－k，两者之和即为轨道能量E＝Ek＋Ep＝－k，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r1＝0、053 nm，E1＝－13、6 eV是其定态能量的最低值、从氢原子核外电子的动能Ek、电势能Ep及轨道能量E的表达式可以看出当氢原子从低能级En向高能级Em(n<m)跃迁时，r增大，Ek减小，Ep增大，(或r增大时，库仑力做负功，电势能Ep增大)，E增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量hν＝Em－En、例1 玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有()A、原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，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析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量跃迁学说的提出，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，是经典理论与量子化概念的结合、原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关、答案ABC例2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道上跃迁到距核较远的轨道过程中()A、原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B、原子要放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量也减少C、原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减少，原子的能量增大D、原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量大解析由库仑力提供向心力，即＝，Ek＝mv2＝，由此可知电子离核越远r越大，则电子的动能越小，故A、C错误；因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增加，B 错；再结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确、答案 D二、原子的能级跃迁问题[问题设计]根据氢原子的能级图，说明：(1)氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？(2)如图1所示，是氢原子的能级图，若有一群处于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(1)氢原子吸收(或辐射)光子的能量决定于两个能级差hν＝Em－En(n<m)、(2)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、[要点提炼]1、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能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)、若m→n，则辐射光子，若n→m，则吸收光子、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，可能发出的不同频率的光子数可用N＝C＝计算、例3 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()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的电子碰撞答案ACD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，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、用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，故正确选项为A、C、D、玻尔的原子模型1、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恒等于始、末两个能级的能量差值答案CD2、如图2所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级、处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是()图2A、n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B、n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子C、n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子D、n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子答案 B3、用能量为12、6 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于这群氢原子的跃迁的说法正确的是()A、原子能跃迁到n＝2的激发态上B、原子能跃迁到n＝3的激发态上C、原子能跃迁到n＝4的激发态上D、原子不能跃迁答案 D4、欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A、用11、5 eV的光子照射B、用11、5 eV的电子碰撞C、用15 eV的光子照射D、用15 eV的电子碰撞答案BCD解析氢原子只能吸收等于两能级之差的光子，A项错；对于15 eV的光子其能量大于基态氢原子的电离能，可被基态氢原子吸收而电离，C项正确；对于电子碰撞，只要入射电子的动能大于或等于两个能级差或电离能，都可使氢原子激发，B、D正确、[基础题]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谱B、氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C、氢原子光谱说明氢原子的能级是分立的D、氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关答案BC 解析氢原子的发射光谱是线状谱，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只能发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子发射出的光子能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En，故选项D错误、2、关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有()A、它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说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答案BD解析玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误，B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误，D正确、3、如图1所示为氢原子的四个能级，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( )图1A、原子A可能辐射出3种频率的光子B、原子B可能辐射出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E4D、原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4答案B解析原子A处于激发态E2，它只能辐射一种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，发射三种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时，只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B项正确、4、大量氢原子从n＝5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是()A、4条B、6条C、8条D、10条答案D解析N＝＝＝10条、5、一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，则()A、被氢原子吸收的光子的能量为hν1B、被氢原子吸收的光子的能量为hν2C、ν1＝ν2＋ν3D、hν1＝hν2＋hν3答案ACD解析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，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hν1，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，由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了能量为hν1的光子，且关系式hν1＝hν2＋hν3，ν1＝ν2＋ν3成立，故选项A、C、D正确、6、氢原子的能级如图2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2A、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答案D解析大量n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出6种不同频率的光，其中有2种可见光，故D 错，C对；n＝3上的氢原子的电离能为1、51 eV，而紫外线的能量大于可见光的能量，即大于n＝3的电离能，所以能使原子发生电离，故A项对；从n＝3以上的能级向n＝3能级跃迁时，发出的光子的能量都小于1、51 eV，谱线都在红外区，这些谱线都具有显著的热效应，B项对、[能力题]7、μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用、图3为μ氢原子的能级示意图，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3A、h(ν3－ν1)B、h(ν3＋ν1)C、hν3D、hν4答案C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－E2，E4－E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3、8、按照玻尔理论，氢原子从能级A跃迁到能级B时，释放频率为ν1的光子；氢原子从能级B跃迁到能级C时，吸收频率为ν2的光子，且ν1>ν2、则氢原子从能级C跃迁到能级A时，将()A、吸收频率为ν2－ν1的光子B、吸收频率为ν1－ν2的光子C、吸收频率为ν2＋ν1的光子D、释放频率为ν1＋ν2的光子答案B解析从A跃迁到B 时，EA－EB＝hν1；从B跃迁到C时EC－EB＝hν2、两式相减得EC－EA＝h(ν2－ν1)、由于ν1>ν2，所以从C跃迁到A将吸收频率为ν1－ν2的光子，故B正确、9、若要使处于基态的氢原子电离，可以采用两种方法，一是用能量为13、6 eV的电子撞击氢原子，二是用能量为13、6 eV的光子照射氢原子，则()A、两种方法都可能使氢原子电离B、两种方法都不可能使氢原子电离C、前者可使氢原子电离D、后者可使氢原子电离答案D解析电子是有质量的，撞击氢原子时发生弹性碰撞、由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把13、6 eV的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收，故D正确、10、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)、答案 2 －1、51解析由于原子发生跃迁时放出三种不同能量的光子，故跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，即分布在n＝2、n＝3两个能级上，因为放出光子的最大能量为12、09 eV，由E3－E1＝12、09 eV，得E3＝－1、51 eV，故最高能级的能量值是－1、51 eV、11、有一群氢原子处于n＝4的能级上，已知氢原子的基态能量E1＝－13、6 eV，普朗克常量h＝6、6310－34 Js，求：(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？画出能级跃迁图、(2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？答案6种能级跃迁图见解析图(2)3、11015 Hz解析这群氢原子的能级图如图所示，由图可以判断，这群氢原子可能发生的跃迁共有6种，所以它们的谱线共有6条、(2)频率最大的光子能量最大，对应的跃迁能级差也最大，即从n＝4跃迁到n＝1发出的光子能量最大，由hν＝－E1(－)，代入数据解得ν＝3、11015 Hz、。
高中物理 第3章 原子探秘 3.3 量子论视野下的原子模型学高二物理试题
点囤市安抚阳光实验学校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.它彻底否了的电磁理论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.它保留了一些力学和的电磁理论【解析】原子核式结构模型与电磁理论的种种矛盾说明，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.原子只能处于一不连续的状态中，每个状态都对一的能量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.原子从一种态跃迁到另一种态时，一要辐频率的光子D.原子的每一个能量状态都对一个电子轨道，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，一要辐射光子，但光子的频率不固【解析】根据玻尔原子理论可以判选项A、B、D均正确；原子从一种态跃迁到另一种态时，可能辐频率的光子，也可能吸收一频率的光子，故选项C 不正确；原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一要辐频率的光子，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小于ν【解析】原子跃迁时可以放出或吸收能量为特值的光子，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 范围内的光去照群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是( )【：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，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为E＝hν3，且关系式hν3＝hν1＋hν2成立.【答案】hν3hν1＋hν26.氢原子的能级图如图334所示.某金属的极限波长恰于氢原子由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E4－E2＝hcλ0，并且逸出功W 0＝h c λ0，E 2－E 1＝h cλ，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 cλ0＝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＝0.528×10－10m ，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 ＝9.0×109N·m 2/C 2，电子电量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·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，根据牛顿第二律和库仑律有m v 21r 1＝ke 2r 21，所以E k ＝12mv 21＝ke 22r 1＝9.0×109× 1.6×10－1922×0.528×10－10J＝2.18×10－18J ＝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的能级差为E 3－E 1.λ＝hc E 3－E 1＝ 6.63×10－34×3×108[－1.5－－13.6]×1.6×10－19m＝1.03×10－7m.【答案】 (1)13.6 eV(2)见解析 (3)1.03×10－7m [能力提升]8.如图335为氢原子能级示意图的一，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色分别为________、________.【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＝2mv①12mv20＝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。
量子论视野下的原子模型详解ppt课件.ppt
3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列 说法中正确的是（ ACD ） A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大 C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大
4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的 半径（ D ） A、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值 C、可以取一系列不连续的任意值 D、是一系列不连续的特定值
时电子在离核最近的轨道上运动，这种 定态叫基态
3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级， 叫做激发态
4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发 态或基态跃迁的过程，是辐射能量 的过程，这个能量以光子的形式辐 射出去，这就是原子发光现象。
六、玻尔理论的成就和局限
阅读课本58页
电子云
课堂练习：
5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra 的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上， 已知ra>rb，则在此过程中（ C）
A、原子要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、原子要发出某一频率的光子
D、原子要吸收某一频率的光子
同 学 们 再 见
3、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不连续的。
43 2
定态假设
E4 E3 E2
1
玻尔（1885~1962）
E1
轨道假设
4 3 21
1
43 2
跃迁假设
E4 E3 E2
E1
hv=E初 – E未
rn= n2r1
En=
E1 n2
矛盾（2）：
同时，按照经典电磁理论，电子绕核运行时 辐射电磁波的频率应该等于电子绕核运行的频 率，随着运行轨道半径的不断变化，电子绕核 运行的频率要不断变化，因此原子辐射电磁波 的频率也要不断变化。这样，大量原子发光的 光谱就应该是包含一切频率的连续谱。
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
选修35第三章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型
选修35第三章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型 测试题 2019.91,+→++ ，它属于 反应2,→+ ，它属于 反应3,原子核中有 个质子、 个中子、 个核子，它的同位素原子核中有 个质子。
4,放射性的应用主要有两个方面，一是 ，二是 。
5,物质波是 波。
核外电子的运动没有固定的 ，电子云反映了电子在空间各个位置出现的 。
6,如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A 上产生X 射线.（h=6.63×10-34 J ·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C) （最后结果保留一位有效数字） 7,在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.68×10-7 m 的光子，同时每放出1 mol 氧气，植物储存469 kJ 的能量.则绿色植物能量转化效率为 （普朗克常量h=6.63×10-34 J ·s ） 8,在学习物理的过程中，物理学史也是一种重要的资源，学习前人的科学研究方法将有助于提高同学们的科学素养。
下列表述中正确的是( ).A ．牛顿发现了万有引力定律，并测出了引力常量B ．法拉第发现了电磁感应现象，提出了电场和磁场的概念C ．伽利略发现了行星运动三大定律D ．安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式23592U 10n 13954Xe 9538Sr 22286Rn 21884Po 13654Xe9,传感器是把非电学物理量（如位移、压力、流量、声强等）转换成电学量的一种元件。
如图所示为一种电容传感器，电路可将声音信号转化为电信号。
电路中a 、b 构成一个电容器，b 是固定不动的金属板，a 是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜。
若声源S 发出频率恒定的声波使a 振动，则a 在振动过程中 （ ）A ．a 、b 板之间的电场强度不变B ．a 、b 板所带的电荷量不变C ．电路中始终有方向不变的电流D ．向右位移最大时，电容器的电容量最大10,下列说法正确的是（ ）A ．电荷放在电势高的地方，电势能就大B ．正电荷在电场中某点的电势能，一定大于负电荷在该点具有的电势能C ．无论正电荷还是负电荷，克服电场力做功它的电势能都增大D ．电场强度为零的点，电势一定为零测试题答案1, 2，裂变2, ，衰变3, 54 ，82 ，136 ，54 。
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课件沪科版选修3_5
______.
②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做
________.
(3)能量量子化
不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做 1 变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原 2 n 子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子
3.光子的发射和吸收 发射 (1) 光子的发射：原子从高能级 (Em) 向低能级 (En) 跃迁时 Em－EnEm 、 En 会 _____ 光子，放出光子的能量 hν 与始末两能级 高能级 之间的关系为：hν＝________.低能级 发射光子hν＝Em－En (2) 光子的吸收：原子吸收光子后可以从 _______ 跃迁到 吸收光子hν＝Em－En _______. 高能级Em 低能级En
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 .( √ 跃迁，放出光子 .( × 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 (3) 不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光
)
三、玻尔理论的局限性
导学探
究 玻尔理论的成功之处在哪儿？为什么说它又有局限性？ 答案 (1)玻尔理论成功之处在于第一次将量子化的思想 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. (2)它的局限性在于过多的保留了经典粒子的观念.
即学即
用 判断下列说法的正误 . × (1)玻尔第一次提出了量子化的观念 .( 象.( 运动.( )
(2) 玻尔的原子理论模型很好地解释了氦原子的光谱现 ×
) √ (3) 电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道 )
题型探究
一、对玻尔原子模型的理解
高中物理 第三章 原子世界探秘 3.2 原子模型的提出教案 沪科版选修35
3.2 原子模型的提出★新课标要求（一）知识与技能1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。
2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。
（二）过程与方法1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。
2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。
3．了解研究微观现象。
（三）情感、态度与价值观1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。
2．通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。
★教学重点1．引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构；2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法；★教学难点引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课讲述：汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。
学生活动：师生共同得出汤姆生的原子葡萄干布丁模型。
点评：用动画展示原子葡萄干布丁模型。
（二）进行新课1．α粒子散射实验原理、装置（1）α粒子散射实验原理：汤姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否对呢？原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。
而α粒子具有足够的能量，可以接近原子中心。
它还可以使荧光屏物质发光。
如果α粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏就能够显示出它的方向变化。
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．
12/9/2021
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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学案选修
3.3 量子论视野下的原子模型一、把量子论引入原子模型1．玻尔理论的建立背景和观点（1）经典理论的困难：电子绕核高速运转辐射能量，最终落到原子核上，但事实并非如此，原子是稳定的。
（2）玻尔的观点：玻尔接受了普朗克的量子化思想，提出了量子化的原子模型。
2预习交流1经典电磁理论认为，电子绕原子核运转时要向外辐射电磁波，玻尔也是这样认为的吗？答案：不是。
玻尔认为，处于定态的原子，虽然绕核运转，但并不向外辐射电磁波。
二、能级原子光谱1．能级：在玻尔模型中，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，原子在各定态的能量值叫原子的能级。
2．氢原子的能级图：预习交流2玻尔原子模型的突出特点是什么？玻尔模型是否完全否定了卢瑟福的核式结构模型？答案：玻尔原子模型的突出特点是引入了轨道量子化和能量量子化，玻尔原子模型保留了卢瑟福的轨道，所以并没用完全否定核式结构模型。
三、玻尔理论的成就和局限玻尔理论的成就：玻尔理论第一次将量子论引入原子领域；提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢光谱的实验规律。
一、对玻尔原子模型的理解答案：原子从一种定态（设能量为E m）跃迁到另一种定态（设能量为E n）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＝E m－E n可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。
玻尔将这种现象叫做电子的跃迁。
A．核外电子受力变小B．原子的能量减少C．氢原子要吸收一定频率的光子D．氢原子要放出一定频率的光子答案：BD解析：由玻尔理论知，当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，要放出能量，故要放出一定频率的光子；电子的轨道半径小了，由库仑定律知，它与原子核之间的库仑力大了，故A、C错，B、D正确。
（1）求解电子在某条轨道上的运动时，要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来。
高中物理第3章原子世界探秘3.1电子的发现及其重大意义3.2原子模型的提出课件沪科版选修3_5
(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少， 如图8所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°.
图8
达标检测
1.(对阴极射线的认识)(多选)英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的实验 研究发现
√A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
采用了如图5所示的阴极射线管，从C出来的阴
极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入
长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中
图5
心出现荧光斑.若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线
将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感
应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去
针对训练2 卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映 实验结果的示意图是
√
解析 α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以 A、B、C错误，D正确.
解析
答案
总结提升
解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点： (1)明确实验装置的组成及各部分的作用. (2)弄清实验现象，知道“绝大多数”、“少数”和“极少数”α粒子的运 动情况及原因.
[即学即用] 判断下列说法的正误. (1)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在 正电体外面运动.( √ ) (2)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷.( √ )
答案
题型探究
一、对阴极射线的认识
例1 (多选)下面对阴极射线的认识正确的是 A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的 B.只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
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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。