玻尔原子模型课件

出的谱线属于巴耳末系。若一群氢原子自发跃迁时发
出的谱线中只有两条属于巴耳末系,则这群氢原子自发
跃迁时最多可能发出多少条不同频率的谱线 ( )
A.2
B.5
C.4
D.6
【解析】故D。氢原子光谱中只有两条属于巴耳末系, 即是从n=3,n=4轨道跃迁到n=2轨道,故电子的较高能级 应该是在n=4的能级上。然后从n=4向n=3,n=2,n=1跃迁, 从n=3向n=2,n=1,从n=2向n=1跃迁,故这群氢原子自发 跃迁时最多能发出 C24 =6条不同频率的谱线。
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 1） 2
C2n。
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=Em-En(Em、En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。
En=
1 n2
E1(n=1,2,3…)
其中E1代表氢原子的基态的能级,即电子在离核最近的 可能轨道上运动时原子的能量值,E1=-13.6eV。n是正 整数,称为量子数。量子数n越大,表示能级越高。 (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。
3.跃迁:原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种 定态(设能量为E1)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,高能级Em
5.原子的能量及变化规律:
(1)原子中的能量:En=Ekn+Epn。
(2)氢原子中电子绕核运动时:
k
e2 r2
＝m
v2 r
，
故E
kn＝
1 2
mv
n2＝
ke2 2rn
＝
1 2
E
pn，
故Epn＝
ke2 rn
，En＝Ekn＋Epn＝
ke2 2rn
。
(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。电子在可能的轨道上绕 核运动时,r增大,则Ek减小,Ep增大,E增大;反之,r减小, 则Ek增大,Ep减小,E减小,与卫星绕地球运行相似。
了氢原子光谱的实验规律。 2.玻尔理论的局限性:保留了_经__典__粒__子__的观念,仍然把 电子的运动看作经典力学描述下的_轨__道__运__动__。
3.电子云:原子中电子的坐标没有确定的值,我们只能 说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多 少,如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的 概率,画出图来就像云雾一样,故称_电__子__云__。
二、玻尔理论对氢光谱的解释 1.氢原子的能级图:
2.解释巴耳末公式:
(1)按照玻尔理论,原子从高能级(如从E3)跃迁到低能 级(如到E2)时辐射的光子的能量为hν=_E_3_-_E_2 。 (2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之 前和之后所处的_定__态__轨__道__的量子数n和2。并且理论上 的计算和实验测量的_里__德__伯__常__量__符合得很好。
2.(多选)如图所示给出了氢原子的6种可能的跃迁,则 它们发出的光 ( )
A.a的波长最长 C.f比d光子能量大
B.d的波长最长 D.a频率最小
【解析】选A、C、D。能级差越大,对应的光子的能量 越大,频率越大,波长越小。
【补偿训练】 1.(多选)按照玻尔原子理论,下列表述正确的是
() A.核外电子运动轨道半径可取任意值 B.氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大 C.电子跃迁时,辐射或吸收光子的能量由能级的能量 差决定,即hν=|Em-En|
2.定态: (1)当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态, 原子在不同的状态中具有不同的能量,即原子的能量是 _量__子__化__的,这些量子化的能量值叫作_能__级__。 (2)原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为_定__态__。 能量最低的状态叫作_基__态__,其他的状态叫作_激__发__态__。
【归纳总结】 1.能级图的理解: (1)能级图中n称为量子数,E1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-13.6eV。En代表电 子在第n个轨道上运动时的能量。
(2)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。
【过关训练】 1.(多选)关于玻尔理论,以下叙述正确的是 ( ) A.原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核 运动 B.当原子处于激发态时,原子向外辐射能量 C.只有当原子处于基态时,原子才不向外辐射能量 D.不论当原子处于何种定态时,原子都不向外辐射能量
【解析】选A、D。据玻尔理论假设知选项A正确。不论 原子处于何种定态,原子都不向外辐射能量,原子只有 从一个定态跃迁到另一个定态时,才辐射或吸收能量, 所以选项B、C错,D正确。
【典例示范】如图给出氢原子最低的四个能级。氢原 子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几 种,其中最低的频率为多少(保留两位有效数字)?
【判一判】 (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。 ( )
提示：(1)×。玻尔认为电子运行轨道是量子化的,轨道 半径不是任意的,只有半径大小符合一定条件时,轨道才 是有可能的。 (2)√。玻尔认为电子运行轨道是量子化的,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,会放出符合辐射条件的光子。
知识点一 对玻尔理论的理解 思考探究: 如图所示为分立轨道示意图。
(1)电子的轨道有什么特点? (2)氢原子只有一个电子,电子在这些轨道间跃迁时会 伴随什么现象发生?
提示：(1)电子的轨道不是连续的,是量子化的,即只有 半径的大小符合一定条件时,这样的半径才是有可能的。 (2)电子从高能量的轨道跃迁到低能量的轨道时,会放出 光子,当电子从低能量的轨道跃迁到高能量的轨道时,会 吸收光子。
D.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
【解析】选B、C。根据玻尔理论,核外电子运动的轨道 半径是确定的值,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,应 辐射能量,D错误。
2.在氢原子光谱中,电子从较高能级跃迁到n=2能级发
【判一判】 (1)玻尔第一次提出了量子化的观念。 ( ) (2)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱 现象。 ( ) (3)电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道 运动。 ( )
提示：(1)×。玻尔第一次将量子观念引入原子的领域。 (2)×。玻尔的原子理论模型成功地解释了氢原子的光 谱规律,但对于稍微复杂的氦原子,玻尔理论则无法解释 它的光谱现象。 (3)√。原子中电子的坐标没有确定的值,电子的实际运 动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。
提示：(1)√。玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末 线系,甚至预言氢原子的其他谱线。 (2)×。处于基态的原子是最稳定的。 (3)×。不同的原子具有不同的能级,原子跃迁时辐射的 光子频率也不相同。
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,成功地解释
低能级En。
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。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。
【典例示范】(多选)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
3.解释气体导电发光:通常情况下,原子处于基态,基 态是最稳定的,原子受到电子的撞击,有可能向上跃 迁到_激__发__态__,处于激发态的原子是_不__稳__定__的,会自发 地向能量较低的能级跃迁,放出_光__子__,最终回到基态。
4.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。
3.跃迁:
(1)当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(能量记为En,m>n)时,会放 出能量为hν的光子,这个光子的能量由前后两个能级 的能量差决定,即hν=_E_m_-_E_n ,该式被称为频率条件,又
称辐射条件。
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(2)反之,当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到 较高的能量态,吸收的光子能量同样由频率条件决定。
5.解释不同原子具有不同的特征谱线:不同的原子具 有不同的结构,_能__级__各不相同,因此辐射(或吸收)的 _光__子__频__率__也不相同。
【判一判】 (1)玻尔理论能很好地解释氢原子的巴耳末线系。
() (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。 ( ) (3)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.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。这样的能量值,称为能级,能量最低
的状态称为基态,基态最稳定,其他的状态叫作激发
态,对氢原子,以无穷远处为势能零点时,其能级公式
【归纳总结】 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rn=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=0.53×10-10m。其余可能的轨道半径还有 0.212nm、0.477nm…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。
4 玻尔的原子模型
一、玻尔原子理论的基本假设
1.轨道量子化: (1)原子中的电子在_库__仑__引__力__的作用下,绕原子核做 _圆__周__运__动__。
(2)电子运行轨道的半径不是任意的,也就是说电子 的轨道是_B_(A.连续变化 B.量子化)的。 (3)电子在这些轨道上绕核的转动是_稳__定__的,不产生 _电__磁__辐__射__。
知识点二 氢原子的跃迁规律 思考探究: 如图所示为氢原子能级图。
(1)当氢原子处于基态时,氢原子的能量是多少? (2)如果氢原子吸收的能量大于13.6eV,会出现什么现 象? 提示：(1)当氢原子处于基态时,氢原子的能量最小,是13.6 eV。 (2)如果氢原子吸收的能量大于13.6 eV,会出现电离现 象。
【解题探究】 (1)如何解释原子的稳定存在? 提示：原子处在某一可能状态时不产生电磁辐射。 (2)怎样确定原子发光时光子的能量? 提示：原子发光时,辐射光子的能量等于两能级的能量 差。
【正确解答】选B、D。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。
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=En-Ek),就可使原子发生能级跃迁。