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选修3-5
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。
高中物理 《量子论视野下的原子模型》教案 沪科版选修3-5.doc
《量子论视野下的原子模型》【教学目标】知识与技能（1）了解玻尔原子理论的主要内容及特点；（2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念（3）了解波尔理论的成功和局限性过程与方法通过玻尔理论和氢光谱的学习和理解，了解人类对原子结构认识的发展过程。
情感、态度与价值观培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神。
【教学重点】（1）玻尔原子理论的基本假设及相关概念；（2）玻尔理论对氢光谱的解释。
【教学难点】玻尔原子理论的基本假设及相关概念以及对请光谱的解释。
【教学方法】读书自学、思考讨论、启发性讲授。
【教学过程】从卢瑟福核式结构模型与经典电磁理论结合得到的“原子塌陷”结论，跟实际上原子的结构却相当稳定的事实之间的矛盾，引入人们对原子结构进行新的探索。
在这个问题上丹麦物理学家玻尔提出了新的看法。
指导学生阅读教材玻尔是怎样提出新的假设的，提出了那些主要假设？⏹⏹⏹⏹老师对玻尔假设解读：1、玻尔的创造性思维在于把普朗克的量子论到原子系统，提出了新的假设，建立了新的原子理论。
2、主要假设的内容：（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。
处于定态的原子不向外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时才产生电磁辐射。
（这条假设是针对原子稳定性提出的，通常称“定态和能量量子化假设”）（2）原子从能量为E m 的定态跃迁到能量为E n 定态时，辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即m n h E E ν=-式中h 为普朗克恒量，ν为光子频率。
（这条假设是针对线状光谱提出的，通常称“跃迁假设”，反映原子能量变化的规律）玻尔在上述假设的基础上，还计算出氢原子的电子可能的轨道半径（叫做玻尔半径）与电子在各条轨道上运动时氢原子的能量：21121, (1,2,3,)n n r n r E E n n ===⋅⋅⋅ 式中r 1表示第一条（离核最近的）可能轨道的玻尔半径，E 1表示电子在这一条轨道上运动时氢原子的能量；r n 、E n 分别代表第n 条可能轨道的玻尔半径和电子在这一条轨道上运动时氢原子的能量。
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。
(教师用书)高中物理 第3章《原子世界探秘》章末归纳提升课件 沪科版选修35
2． α 粒子散射实验结果 绝大多数 α 粒子穿过金箔基本上不发生偏转；少数发生 偏转；极少数发生大角度偏转． 3．卢瑟福原子核式结构模型 原子内部有一个带正电的原子核，原子核体积很小，但 几乎占原子的全部质量，电子在原子核外绕核运转．
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，说明原子内部是很“空旷”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 粒子的吸引很大
一个氢原子中的电子从一半径为 ra 的轨道自发 地直接跃迁至另一半径为 rb 的轨道，已知 ra＞ rb，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】
因为电子是从高能级向低能级跃迁，Байду номын сангаас以应
放出光子，因此可排除 BC.“直接”从一能级跃迁至另一能 级，只对应某一能级差，故只能发出某一频率的光子，故正 确答案为 D.
【解析】 从高能级向 n＝1 能级跃迁时发出的光的能量 ΔE1 满足 E2－E1≤ΔE1≤E∞－E1 即 10.20 eV≤ΔE1≤13.6 eV 均大于可见光的能量．
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选修3_5
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
二、原子的能级跃迁问题
导学探究
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？ 答案 氢原子辐射光子的能量决定于两个能级差hν＝Em－En(n<m).
答案
2.如图1所示是氢原子的能级图，一群处于n＝4的激发态的氢原子向低能
级跃迁时最多能辐射出多少种频率不同的光子？
2.玻尔理论的局限性
经典物理学 的束缚，对比较复杂的原子光谱无法解释. 没有彻底摆脱___________
3.电子云
轨道 ，而是可以出现在原子内的整个核 原子中电子的运动并没有确定的 _____ 外空间，只是在不同的地方出现的_____ 概率 不同.如果用疏密不同的点表示电 云雾一样，人们把它叫做_______. 电子云 概率，画出图来，就像____ 子在各处出现的____
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.
答案
知识梳理 1.玻尔理论的成就 量子观念 引入原子领域；提出了能级和跃迁的概念， 玻尔理论第一次将 __________ 氢原子光谱的实验规律. 成功解释了______
射能量
(沪科版)高中物理选修(3-5)第三章原子世界探秘教材分析
(沪科版)高中物理选修(3-5)第三章原子世界探秘教材分析一、《普通高中课程标准》原子结构部分课程标准（二）原子结构1．内容标准（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。
（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。
2．活动建议观看有关原子结构的科普影片。
二、课标解读内容标准 (1)了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验.。
具体要求：了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例如，了解汤姆逊发现电子的实验和原子的“枣糕结构”模型；了解卢瑟福的α粒子散射实验和原子的“核式结构模型”；通过了解人类探索原子结构的历程，体会科学方法在科学发展中所起的作用。
.内容标准(2) 通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构。
具体要求：初步了解玻尔原子结构假说的基本内容。
例如，知道原子核外电子绕核运动的轨道半径只能取某些分立的数值；电子绕核做变速运动但不辐射能量,因而相应的状态是稳定的；原子处于能量最低的基态时最稳定，当处于较高能量状态的原子其核外电子向较低能量状态跃迁时，将以光子的形式放出能量；知道能级的概念;了解氢原子的能级，例如,了解氢原子的能级公式；能计算氢原子在两个能级,间跃迁时发射光子的频率，知道计算公式。
了解光谱的基本知识,知道氢原子光谱的实验规律，认识经典理论对氢原子光谱解释的困难，初步了解玻尔理论对氢原子光谱的解释。
三、整章教材分析1.本章知识的逻辑结构图关于阴极射线的争论 阴极射线是粒子流？ 射线是波长极短的电磁波？ 研究阴极射线的带电性质；用荷质比法测定电子的质量探究实验一 探究实验二 电子的发现及其重大意义英国化学家道尔顿的观点 物体是原子组成的，原子就像实心球，是不能再分割的科学家们对阴极射线的积极研究促使十九世纪末的三大发现 1895年伦琴发现了射线1896贝克勒尔发现了放射性 1897年汤姆生发现了电子 原子模型的提出1904年汤姆生提出枣糕模型 1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出原子的核式模型吸收光谱明线光谱发射光谱连续光谱2.本章教材内容分析本章教材以人类探索原子结构的历程为线索，从电子的发现开始，展示科学家探索原子结构的过程及有关的经典实验，让学生体会人类在探究微观世界过程中的研究方法及其在现代科学发展中的作用和价值，认识在量子力学视野下的原子结构图景；最后通过对氢原子光谱的分析，让学生了解原子的能级结构，以及光谱分析在科学技术中的应用。
3.3量子论视野下的原子模型 学案(2020年沪科版高中物理选修3-5)
3.3量子论视野下的原子模型学案（2020年沪科版高中物理选修3-5）33量子论视野下的原子模型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hEmEnmn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知识梳理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r10.053nm，轨道半径满足rnn2r1，n为量子数，n1,2,3.2能级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，这一定态叫做基态激发态电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态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的能量En1n2E1E113.6eV，n1,2,33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跃迁时会辐射光子，放出光子的能量h与始末两能级Em.En之间的关系为hEmEn.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高能级Em发射光子hEmEn吸收光子hEmEn低能级En即学即用判断下列说法的正误1玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点2玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值3当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子4处于能级越高的氢原子，向低能级跃迁时释放的光子能量越大二.原子的能级跃迁问题导学探究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答案氢原子辐射光子的能量取决于两个能级差hEmEnnnD氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量答案BC 解析根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是一些确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，只能辐射能量，D错误原子的能量及变化规律1原子的能量EnEknEpn.2电子绕氢原子核运动时ke2r2mv2r，故Ekn12mvn2ke22rn，而Epnke2rn，两者之和即为轨道能量EEknEpn12ke2rn，所以氢原子的定态能量为负，基态的半径为r10.053nm，E113.6eV是其定态能量的最低值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4电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上即电子轨道半径越大，原子的能量越大二.氢原子的跃迁规律分析1对能级图的理解由EnE1n2知，量子数越大，能级差越小，能级横线间的距离越小n1是原子的基态，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h|EmEn|，hc|EmEn|.3大量处于n激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射C2n种不同频率的光，一个处于n 激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射n1种频率的光子例3如图3是氢原子的能级图，一群氢原子处于n4能级，下列说法中正确的是图3A这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的光子B这群氢原子发出的光子中，能量最大为12.75eVC从n4能级跃迁到n3能级时发出的光波长最短D这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁答案B解析这群氢原子从n4能级向低能级跃迁时能够发出C246种不同频率的光子，A项错误；由E|EmEn|hhc知，能级差最大时，辐射光子能量最大，频率最高，波长最短，则氢原子向n1能级跃迁时，发射光子的能量最大，为E4E112.75eV，B项正确，C项错误；氢原子向高能级跃迁时只能吸收等于能级差的光子的能量，D项错误针对训练2如图4所示为氢原子的能级图用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有图4A15种B10种C4种D1种答案B解析基态的氢原子的能量值为13.6eV，吸收13.06eV的能量后变成0.54eV，原子跃迁到n5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是C2510种.1对玻尔理论的理解多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氢原子光谱的不连续性，表明了氢原子的能级是不连续的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答案AB2氢原子跃迁规律的应用多选如图5所示为氢原子的能级图，A.B.C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，则下列判断中正确的是图5A能量和频率最大.波长最短的是B光子B能量和频率最小.波长最长的是C光子C频率关系为BACD波长关系为BAC答案ABC解析从题图中可以看出电子在三种不同能级之间跃迁时，能级差由大到小依次是B.A.C，所以B光子的能量和频率最大，波长最短，能量和频率最小.波长最长的是C光子，所以频率关系是BAC，波长关系是BAC，故选项A.B.C正确，D错误3氢原子跃迁规律的应用已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是答案A解析根据玻尔理论，波长最长的跃迁对应着频率最小的跃迁，根据氢原子能级图，频率最小的跃迁对应的是从n5到n4的跃迁，选项A正确4能级跃迁与光谱xx永春一中高二期末图6甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱已知谱线a对应氢原子从n4能级跃迁到n2能级时的辐射光，则谱线b可能对应氢原子________时的辐射光填选项前的字母图6A从n5能级跃迁到n3能级B从n4能级跃迁到n3能级C从n5能级跃迁到n2能级D从n3能级跃迁到n2能级答案C解析从题图乙看出，谱线a对应的波长大于谱线b对应的波长，所以谱线a对应的光子频率小于谱线b 对应的光子频率，谱线a对应的光子的能量小于谱线b对应的光子的能量，因谱线a对应氢原子从n4能级跃迁到n2能级时的辐射光，所以谱线b对应的光子能量应大于n4与n2间的能级差，结合各选项分析可知C项可能。
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
第二十五页，共三十八页。
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
第十五页，共三十八页。
[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
第十六页，共三十八页。
道上．玻尔将这种现象叫做电子的跃迁．
12/9/2021
第十四页，共三十八页。
(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
第四页，共三十八页。
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。
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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.。