高中物理选择性必修三第四章 4 第二课时 玻尔理论对氢光谱的解释　氢原子能级跃迁学案

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第2课时　玻尔理论对氢光谱的解释　氢原子能级跃迁[学习目标]　1.能用玻尔理论解释氢原子光谱，了解玻尔理论的不足之处和原因(重点)。2.进一步加深对玻尔理论的理解，会计算原子跃迁过程中吸收或放出光子的能量(重难点)。3.知道使氢原子电离的方式并能进行有关计算(难点)。一、玻尔理论对氢光谱的解释1．氢原子能级图(如图所示)2．氢原子的能级公式和半径公式(1)氢原子在不同能级上的能量值为En＝eq \f(E1,n2)(E1＝－13.6 eV，n＝1,2，3，…)；(2)相应的电子轨道半径为rn＝n2r1(r1＝0.53×10－10 m，n＝1,2,3，…)。3．解释巴耳末公式巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的________________的量子数n和2。4．解释气体导电发光通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到________________，处于激发态的原子是____________的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出______，最终回到基态。5．解释氢原子光谱的不连续性原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于______________________________________________________，由于原子的能级是________的，所以放出的光子的能量也是________的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。6．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，________各不相同，因此辐射(或吸收)的___________也不相同。(1)如果大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，最多辐射出多少种不同频率的光？(2)如果大量处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射出多少种不同频率的光？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1　氢原子的能级如图所示，现处于n＝4能级的大量氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)A．这些氢原子可能发出6种不同频率的光B．氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最小C．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射的光子波长最短D．已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子可以从金属钾的表面打出光电子例2　如图所示为氢原子的能级示意图，用某一频率为ν的光照射大量处于n＝2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，最多能发出3种频率的光子，频率由小到大分别为ν1、ν2、ν3，则照射光频率ν为(　　)A．ν1 B．ν2C．ν3 D．ν3－ν1二、能级跃迁的几种情况1．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，则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能级时能量不足，则可激发到n能级的情况。(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。2．一个氢原子跃迁的可能情况例如：一个氢原子最初处于n＝4激发态，它向低能级跃迁时，有4种可能情况，如图，情形Ⅰ中只有一种频率的光子，其他情形为：情形Ⅱ中两种，情形Ⅲ中两种，情形Ⅳ中三种。注意　上述四种情形中只能出现一种，不可能两种或多种情形同时存在。3．电离(1)电离：指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。(2)电离能是氢原子从某一状态跃迁到n＝∞时所需吸收的能量，其数值等于氢原子处于各定态时的能级值的绝对值。如基态氢原子的电离能是13.6 eV，氢原子处于n＝2激发态时的电离能为3.4 eV。(3)电离条件：光子的能量大于或等于氢原子的电离能。入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。例3　(2022·驻马店市期末)如图为氢原子能级示意图，则下列说法正确的是(　　)A．一个处于n＝3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出三种不同频率的光子B．一群处于n＝5能级的氢原子最多能放出10种不同频率的光C．处于n＝2能级的氢原子吸收2.10 eV的光子可以跃迁到n＝3能级D．用能量为14.0 eV的光子照射，不能使处于基态的氢原子电离例4　(多选)(2022·广州市高二期末)氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，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的电子碰撞三、玻尔理论的局限性1．成功之处玻尔的原子理论第一次将______________引入原子领域，提出了__________________的概念，成功解释了________________光谱的实验规律。2．局限性保留了________________的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的________运动。3．电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置附近单位体积内出现__________的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像____________一样分布在原子核周围，故称________________。例5　下列说法中正确的是(　　)A．玻尔原子理论的成功之处是保留了经典粒子的概念B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱，因此玻尔的原子结构理论已完全揭示了微观粒子运动的规律C．玻尔把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说D．玻尔原子理论中的轨道量子化和能量量子化的假说，启发了普朗克将量子化的理论用于黑体辐射的研究