人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE14.4第2課時(shí)玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋氫原子能級(jí)躍遷〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.能用玻爾理論解釋氫原子光譜．了解玻爾理論的不足之處和原因.2.進(jìn)一步加深對(duì)玻爾理論的理解，會(huì)計(jì)算原子躍遷過程中吸收或放出光子的能量.3.知道使氫原子電離的方式并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．〖知識(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)一、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋1．氫原子的能級(jí)圖：2．解釋巴耳末公式：(1)按照玻爾理論，原子從高能級(jí)(如從E3)躍遷到低能級(jí)(如到E2)時(shí)輻射的光子的能量為________．(2)巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級(jí)躍遷之前和之后所處的________的量子數(shù)n和2.并且理論上的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量的________符合得很好．3．解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光：通常情況下，原子處于________，基態(tài)是最穩(wěn)定的，原子受到電子的撞擊，有可能向上躍遷到________，處于激發(fā)態(tài)的原子是________的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)________，放出________，最終回到基態(tài)．4．解釋氫原子光譜的不連續(xù)性：原子從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量等于前后________，由于原子的能級(jí)是________的，所以放出的光子的能量也是________的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線．5．解釋不同原子具有不同的特征譜線：不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，________各不相同，因此輻射(或吸收)的________也不相同．拓展：玻爾原子模型的意義與不足．(1)玻爾原子模型的意義①正確地指出原子能級(jí)的存在(原子能量量子化)；②正確地指出定態(tài)和角動(dòng)量量子化的概念；③正確地解釋了氫原子及類氫離子光譜．(2)玻爾原子模型的不足①無法解釋比氫原子更復(fù)雜的原子的光譜現(xiàn)象；②把微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的軌道是不正確的；③是半經(jīng)典半量子理論，存在邏輯上的缺點(diǎn)，即把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典為學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它們量子化的特征．知識(shí)點(diǎn)二、玻爾理論的局限性1．玻爾理論的成功之處：玻爾理論第一次將________引入原子領(lǐng)域，提出了__________和________的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律．2．玻爾理論的局限性：保留了________的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的________．3．電子云：原子中電子的坐標(biāo)沒有____的值，我們只能說某時(shí)刻電子在某點(diǎn)附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的____是多少，如果用疏密不同的點(diǎn)表示電子在各個(gè)位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來就像云霧一樣，故稱________．〖課堂探究〗要點(diǎn)一玻爾理論與氫原子的躍遷規(guī)律1．躍遷：(1)能量差決定因素：原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為Em)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為En)時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，高能級(jí)Em＝eq\o(,\s\up10(發(fā)射光子hν＝Em－En),\s\do10(吸收光子hν＝Em－En))低能級(jí)En.(2)躍遷特點(diǎn)：電子如果從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道，不是以螺旋線的形式改變半徑大小的，而是從一個(gè)軌道上“跳躍”到另一個(gè)軌道上．2．兩類躍遷規(guī)律(1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子．光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級(jí)差hν＝ΔE.②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可．E外≥ΔE.能級(jí)躍遷時(shí)應(yīng)注意的問題①直接躍遷與間接躍遷原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷，兩種情況下輻射(或吸收)光子的頻率不同．題型1氫原子的躍遷規(guī)律例1已知類氫結(jié)構(gòu)氦離子(He＋)的能級(jí)圖如圖所示，根據(jù)能級(jí)躍遷理論知()A．氦離子(He＋)處于n＝1能級(jí)時(shí)，能吸收45eV的能量躍遷到n＝2能級(jí)B．大量處于n＝3能級(jí)的氦離子(He＋)向低能級(jí)躍遷，只能發(fā)出2種不同頻率的光子C．氦離子(He＋)從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)比從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出光子的波長大D．若氦離子(He＋)從n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)，釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子一定也能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)②一個(gè)原子和一群原子氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的情況只有一種，但是如果是大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了，即：一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜條數(shù)為N＝eq\f(nn－1,2)＝Ceq\o\al(2,n)，而一個(gè)氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)上時(shí)，最多可輻射出(n－1)條光譜線．③躍遷與電離．躍遷是指原子從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)的變化過程，而電離則是指原子核外的電子獲得一定能量掙脫原子核的束縛成為自由電子的過程；而只要大于電離能的任何光子的能量都能被吸收．題型2躍遷過程中的原子的能量問題例2根據(jù)波爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后()A．原子的能量增加，電子的動(dòng)能減少B．原子的能量增加，電子的動(dòng)能增加C．原子的能量減少，電子的動(dòng)能減少D．原子的能量減少，電子的動(dòng)能增加『點(diǎn)石成金』：①吸收光子，原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，能量增加，但電子的動(dòng)能減少，電勢能增加．②放出光子，原子由激發(fā)態(tài)躍遷到低能級(jí)，能量減少，電子的動(dòng)能增加，電勢能減少．〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．氫原子能級(jí)示意圖如圖所示．氫原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所放出的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則處在n＝4能級(jí)的一大群氫原子躍遷時(shí)所放出的光子中共有幾種光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)()A．2B．3C．4D．82.(多選)氦原子被電離出一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子．已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示．在具有下列能量的粒子中，能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．54.4eV(光子) B．50.4eV(光子)C．48.4eV(電子) D．42.8eV(光子)3.一個(gè)氫原子從量子數(shù)n＝2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)n＝3的能級(jí)，該氫原子()A．吸收光子，能量增加B．放出光子，能量減少C．放出光子，能量增加D．吸收光子，能量減少4．大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子輻射出多條譜線，其中最長和最短波長分別為λ1和λ2，則該激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為________，波長為λ1的光子的動(dòng)量為________．(已知普朗克常量為h，光速為c)

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗一、2.(1)hν＝E3－E2(2)定態(tài)軌道里德伯常量3．基態(tài)激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定躍遷光子4．兩個(gè)能級(jí)差分立分立5．能級(jí)光子頻率二、1.量子觀念定態(tài)躍遷2．經(jīng)典粒子軌道運(yùn)動(dòng)3．確定概率電子云〖課堂探究〗要點(diǎn)一例1〖解析〗A錯(cuò)：由hν＝E2－E1，得，吸收光子能量為40.8eV.B錯(cuò)：大量處于n＝3能級(jí)的氦離子躍遷發(fā)出N＝Ceq\o\al(2,3)＝3種光子．C對(duì)：由hν＝En－Em，EⅠ＝E4－E3<EⅡ＝E3－E2，故EⅠ光子的波長應(yīng)大于EⅡ光子的波長．D錯(cuò)：EⅢ＝－13.6eV－(54.4eV)＝40.8eV，EⅣ＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV<EⅢ，故EⅣ光子不一定能使金屬板發(fā)生光電效應(yīng)．〖答案〗C例2〖解析〗電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時(shí)，放出光子，總能量減小；由eq\f(kQq,r2)＝meq\f(v2,r)可知，半徑越小，動(dòng)能越大．〖答案〗D〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．〖解析〗氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所放出的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝4→n＝1、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1、n＝4→n＝2能級(jí)差大于或等于從n＝4到n＝2的能級(jí)差，則有4種光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)．〖答案〗C2.〖解析〗由玻爾理論知，基態(tài)的氦離子要實(shí)現(xiàn)躍遷，入射光子的能量(光子能量不可分)應(yīng)該等于氦離子在某激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差，因此只有能量恰好等于兩能級(jí)差的光子才能被氦離子吸收；而實(shí)物粒子(如電子)只要能量不小于兩能級(jí)差，均可能被吸收．氦離子在圖示的各激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為ΔE1＝E∞－E1＝0－(－54.4eV)＝54.4eVΔE2＝E4－E1＝〖－3.4－(－54.4)〗eV＝51.0eVΔE3＝E3－E1＝〖－6.0－(－54.4)〗eV＝48.4eVΔE4＝E2－E1＝〖－13.6－(－54.4)〗eV＝40.8eV可見，50.4eV和42.8eV的光