1、1 新情境激趣引航按照经典的电磁理论，只要给原子提供一定的能量，原子就会由低能量状态跃迁到高能量状态；如果电子损失了能量，其轨道半径就会不断地缩小，最终落到原子核上实际上对于某种原子，只能吸收或放出一些特定大小的能量，为什么不是任意值呢？学习了玻尔的原子模型后，我们就明白这些问题了2 新知识预习探索学习目标 1.了解玻尔原子模型及能级概念2.理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系3.知道玻尔对氢原子光谱的解释及玻尔理论的局限性新知预习一、玻尔原子理论的基本假设1轨道假设玻尔认为，电子绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律，但轨道不能是任意的，只有半径在符合一定条件时，这样的轨道才是可能的，
2、也就是说：电子的轨道是量子化的电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射2定态假设当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态中，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做能级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做基态，其他的能量状态叫做激发态3跃迁假设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，mn)时，会放出能量为 h 的光子，该光子的能量 hEmEn，该式被称为频率条件，又称辐射条件二、玻尔理论对氢光谱的解释1运用经典电磁学和经典力学的理论确定了氢原子的各个定态的能量，并由此画出其能级图2处于激
3、发态的氢原子向能量较低的能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是分立的3导出巴耳末公式，并从理论上算出里德伯常量 R 的值，并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系三、玻尔模型的局限性1局限性：成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释稍微复杂一点的原子的光谱现象2原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动3电子云：根据量子观念，核外电子的运动服从统计规律，而没有固定的轨道，我们只能知道它们在核外某处出现的概率大小，画出来的图象就像云雾一样，稠密的地方就是电子出现概率大的地方，把它形象地称做电子云问题探索想一想问题
4、 1 电子在核外的运动真的有固定轨道吗？玻尔理论中的轨道量子化又如何解释？提示：在原子内部，电子绕核运动并没有固定的轨道，只不过当原子处于不同的定态时，电子出现在 rnn2r1 处的几率大问题 2 玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱而又有其局限性，对我们有怎样的启示？提示：玻尔理论的成功之处在于引入了量子化观点，不再把电子的轨道看做任意的，轨道是量子化的，能量是量子化的，但其局限性是由于保留了经典的粒子观念和经典的规律这给我们启示：微观领域具有不同的运动规律，不能将粒子看做宏观的粒子模型，粒子某一时刻出现在什么位置也没有确定的坐标，只能以在某处出现的概率表示.3 新课堂互动探究知识点一 玻尔的原
5、子结构假说 重点聚焦1轨道量子化与定态轨道量子化：轨道半径只能是一些不连续的、分立的数值模型中保留了卢瑟福的核式结构但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的数值例如，氢原子的电子最小轨道半径为 r10.053 nm，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：与轨道量子化对应的能量不连续的现象电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，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由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的
6、能量也是不连续的，这样的能量形式称为能量量子化3频率条件原子从一种定态(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，光子的频率由这两种定态的能量差决定，即 hE2E1.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“跳迁”到另一个轨道上玻尔将这种现象称作电子的跃迁总而言之：根据玻尔的原子理论假设，电子只能在某些可能轨道上运动，电子在这些轨道上运动时不辐射能量，处于定态只有电子从一条轨道跃迁到另一条轨道上时才辐射能量，辐射的能量是一份一份的，等于这两个定态的能量差这就是玻尔理论的主要内容特别提醒(1)处于基态的原子是
7、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，原子的能量小典例精析(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有()A原子处于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级跃迁学说的提出，也就是“量子化”概念，原子的不同能量状态与电子绕
8、核运动不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合电子跃迁辐射的能量为 hEmEn 与电子绕核做的圆周运动无关，故 D 错【答案】ABC【方法归纳】(1)电子的轨道是一些不连续的分立的值，不同轨道对应不同的能量值(2)电子在可能的轨道上，不向外辐射能量，状态稳定，原子处于一系列不连续的能量状态(3)原子从一种定态跃迁到另一种定态时要吸收或辐射一定频率的光子跟踪练习1根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是()A若氢原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为 hEnB电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为，则其发光的频率也是 C一个氢原子中的电子从一个半径为 r
9、a 的轨道自发地直接跃迁到另一半径为 rb 的轨道，已知 rarb，则此过程原子要辐射某一频率的光子D氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁【解析】原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与 En 不同，故 A 错；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故 B 错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故 C 正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故 D 错【答案】C知识点二 原子能级和能级跃迁的理解重点聚焦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n1 时对应的能量，其值为13.6 eV
10、.En 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，n1 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：Nnn12C2n.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hEmEn(Em、En 是始末两个能级且 mn)能级差越大，放出光子的频率就越高4使原
11、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 n1 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(EEnEk)，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 氢原子能
12、级如图，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是_(双选，填正确答案标号)A氢原子从 n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nmB用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级C一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线D用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级【解析】根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从 n2 能级跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长一定小于 656 nm，因此A 选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可
13、知 B选项错误，D 选项正确；一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生 3 种频率的光子，所以 C 选项正确【答案】CD【方法归纳】本题考查玻尔理论、氢原子的能级跃迁等，意在考查学生对玻尔理论和能级跃迁知识的应用能力跟踪练习2.(多选)氢原子的部分能级如图所示已知可见光的光子能量在1.62 eV 到 3.11 eV 之间由此可推知，氢原子()A从高能级向 n1 能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向 n2 能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从 n3 能级向 n2 能级跃迁时发出的光为可见光【解析】由可见光的能量值范围可知
14、，在氢原子的能级值中，从高能级向 n3 能级跃迁时，发出的光的频率小于可见光的频率，选项 C 错误；若高能级与 n2 能级的能量差大于 3.11 eV，则不能发出可见光，选项 B 错误；从高能级跃迁到 n1 的能级时，能量值一定大于可见光的能量值，由于 Ehhc，能量越大，波长越短，故选项 A 正确；当原子从 n3 的能级向 n2 的能级跃迁时辐射出的光子能量在可见光的能量值范围之内，所以选项 D 正确【答案】AD4 新思维随堂自测1.关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是()A原子可以处于连续的能量状态中B原子的能量状态不是连续的C原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量D原子中的电
15、子绕核运转的轨道半径是连续的【解析】玻尔依据经典物理在原子结构问题上遇到的困难，引入量子化观念建立了新的原子模型理论，主要内容为：电子轨道是量子化的，原子的能量是量子化的，处在定态的原子不向外辐射能量，解决了原子遇到的问题，由此可知 B 正确【答案】B2氢原子从处于 na 激发态自发地直接跃迁到 nb 激发态，已知 ab，在此过程中()A原子一定要发出一系列频率的光子B原子一定要吸收一系列频率的光子C原子要发出某一频率的光子D原子要吸收某一频率的光子【解析】原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，辐射光子的频率由两能级的能量差决定，即 hEmEn.【答案】C3仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条
16、分立的不连续的亮线，其原因是()A氢原子只有几个能级B氢原子只能发出平行光C氢原子有时发光，有时不发光D氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的【解析】光谱中的亮线对应不同频率的光，“分立的不连续的亮线”对应着不同频率的光，B、C 错氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射不同能量的光子，并且满足 h.能量不同，相应光子频率不同，体现在光谱上是一些不连续的亮线，A 错误 D 正确【答案】D4一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级该氢原子()A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少【解析】根据玻尔理论，氢原子能级越高对应的能量越大
17、，当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子【答案】B5 新视点名师讲座跃迁频率和光子数的计算(1)确定氢原子所处激发态的能级，画出跃迁示意图(2)运用归纳法，根据数学公式 Nnn12对跃迁频率进行计算如果氢原子处于高能级，对应量子数为 n，则就有可能向量子数为 n1，n2，n3，1 诸能级跃迁，其可形成 n1 条谱线，而跃迁至量子数为 n1 的氢原子又可向 n2，n3，n4，1 诸能级跃迁，共可形成 n2 条谱线，同理还可形成 n3，n4，1条谱线，对以上结果归纳求和，则可形成的谱线总数为 N(n1)(n2)(n3)1nn12.(3)根据跃迁能量公式 hEmEn 分别计算出光子的各种频率.现
18、有 1 200 个氢原子被激发到量子数为 4 的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态上，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子都是处于该激发态能级上的原子总数的 1n1 )()A2 200 个 B2 000 个C1 200 个 D2 400 个【解析】从量子数为 4 的能级向低能级跃迁，最终都回到基态，共有 6 种可能的跃迁方式，如图所示由于假定处在量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到各种低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 1n1.所以从 n4 向 n3,2,1 跃迁时，分别发出的光子数是相同的，为 1411 200(个)40
19、0(个)从 n3 向 n2,1 跃迁时，分别发出的光子数也是相同的，为1311411 200(个)200(个)从 n2 向 n1 跃迁时，又有两种情况：一是从第 4 能级跃迁到第 2 能级，然后从第 2 能级跃迁到第 1 能级，其发出的光子数是1211411 200(个)400(个)；另外一种情况是从第 4 能级跃迁到第 3 能级，从第 3 能级跃迁到第 2 能级，再从第 2 能级向第 1 能级跃迁，这种情况发出的光子数是121 1311411 200(个)200(个)所以在题设过程中发出的光子总数是(3400140022001200)(个)2 200(个)A 选项正确【答案】A【易错提示】(1)有的同学误认为各能级跃迁的个数均为原子总数 的141，从 而 推 出 光 子 总 数 为 N 1 200 1416(个)2 400(个)(2)各能级上的原子个数考虑不全，如将从能级 n3 到 n2的 200 个原子漏掉(3)注意区分波长数和光子数，每种波长可以对应很多个光子数，因为原子每一次跃迁辐射一个光子，光子的波长 hcE2E1.