发布时间 : 星期日 文章2019-2020学年高中物理 第3章 第4节 原子的能级结构教案 粤教版选修3-5更新完毕开始阅读53d05f2f18e8b8f67c1cfad6195f312b3069eb4a
第四节 原子的能级结构
[学习目标] 1.了解能级、基态和激发态的概念.2.理解原子发射和吸收光子的能量与能级差的关系．(重点)3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱．(难点)4.知道氢原子的能级图．(重点)
一、能级结构猜想
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．
3．跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁． 4．光子频率与能级差 关系式：hν＝Em－En. 二、氢原子的能级 玻尔理论 1．玻尔氢原子能级公式En＝－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＝－13.6_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．
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)处在高能级的原子自发地向低能级跃迁，这个过程中要吸收光子．
(×)
Rhc，(n＝1,2,3…)．n被称为能量量子数． n2
(2)原子吸收了特定频率的光子或通过其他途径获得能量时，可从低能级向高能级跃迁．
(√)
(3)氢原子的能量是不连续的，只能取一些定值也就是说氢原子的能量是量子化的． (4)氢原子能级表达式是瑞士的巴耳末最先得出的．
(×)
(5)能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系．
2．(多选)关于玻尔理论，以下论断正确的是( ) 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．不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量
AD [由轨道量子化假设知A正确，根据能级假设和频率条件知，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B、C错误，D正确．]
3．按照玻尔理论，一个氢原子的电子从一个半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一个半径为rb的圆轨道上，ra>rb，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．原子要辐射某一频率的光子 D．原子要吸收某一频率的光子
C [电子从某一轨道直接跃迁到另一轨道，只能辐射或吸收某一特定频率的光子；再根据ra>rb，从较远轨道向较近轨道跃迁，即从高能级向低能级跃迁，要辐射光子．故C选项正确．]
(√)
1.玻尔的原子模型 对玻尔理论的理解 (1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核做圆周运动，但并不向外辐射能量．这些状态叫定态．
(2)跃迁假设：原子从一种定态(设能量为Em)跃迁到另一种定态(设能量为En)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＝Em－En.
2．卢瑟福原子模型与玻尔原子模型的相同点与不同点 (1)相同点
①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上．
②带负电的电子在核外运转． (2)不同点
卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的．
玻尔模型：轨道r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的． 3．能级
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，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间库仑力的束缚，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时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值均为负值．
原子各能级的关系为：En＝2(n＝1,2,3…)．
对氢原子而言，基态能量：E1＝－13.6 eV，其他各激发态的能级为：
E1nE2＝－3.4 eV E3＝－1.51 eV
……
这里E1、E2…En是指原子的总能量，即电子动能与电势能的和． 【例1】 (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
BD [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错误，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确．]
1．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．
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．
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(m＞n) 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
BC [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．]
1.能级图 氢原子的能级图如图所示．
原子能级图及能级跃迁规律
2．跃迁规律
(1)由高能级向低能级跃迁
原子在基态时是稳定的，在激发态时是不稳定的．处于激发态的原子会自发地向低能级跃迁，并以光子的形式放出能量，原子在始、末两个能级Em和En(m>n)间跃迁时，放出光子的频率ν＝
Em－En. h氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时可能直接跃迁到基态，也可能先跃迁到其他低能级的激发态，然后再到基态，因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能的值为Cn＝
2
n?n－1?
2
种可能情况．
3．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．
4．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．
5．能级跃迁时的能量变化
当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减