原子结构氢原子光谱精.ppt
原子结构氢原子光谱第1页，本讲稿共30页 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第二二节节原原子子结结构构氢氢原原子子光光谱谱基础知识梳理基础知识梳理第2页，本讲稿共30页基础知识梳理基础知识梳理一、原子结构一、原子结构1电子的发现：电子的发现：1897年，英国物理学家年，英国物理学家_发发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕原子结构的序幕2原子的核式结构原子的核式结构(1)19091911年，英国物理学家年，英国物理学家_进行了进行了粒子散射实验，提出了核式结构模型粒子散射实验，提出了核式结构模型(2)粒子散射实验粒子散射实验汤汤姆姆孙孙卢卢瑟福瑟福第3页，本讲稿共30页图图1321实验结果：实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿粒子穿过金箔后，绝大多数沿_前进，少数发生前进，少数发生_偏转，极少数偏转角度大于偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回，甚至被弹回(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部子核，原子的全部_和几乎全部和几乎全部_都集中在原都集中在原子核里，带负电的子核里，带负电的_在核外空间绕核旋转在核外空间绕核旋转直直线线大角度大角度正正电电荷荷质质量量电电子子实验实验装置：如装置：如图图1321所示所示第4页，本讲稿共30页二、氢原子光谱与玻尔理论二、氢原子光谱与玻尔理论1光谱的分类光谱的分类第5页，本讲稿共30页3玻玻尔尔理理论论(1)定定态态：原子只能：原子只能处处于一系列于一系列_的能量状的能量状态态中，在中，在这这些能量状些能量状态态中原子是中原子是_的，的，电电子子虽虽然然绕绕核核运运动动，但并不向外，但并不向外辐辐射能量射能量不不连续连续稳稳定定第6页，本讲稿共30页(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它_或或_一定频率的光子，光子的能量由这两一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即个定态的能量差决定即h_.(h是普朗克常是普朗克常量，量，h6.631034Js)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是可能轨道也是_的的三、氢原子的能级、能级公式三、氢原子的能级、能级公式1氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径辐辐射射吸收吸收EmEn不不连续连续第7页，本讲稿共30页(1)氢原子的能级公式：氢原子的能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其，其中中E1为基态能量为基态能量E113.6eV.(2)氢原子的半径公式：氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，为基态半径，又称玻尔半径，r10.531010m.2氢原子的能级图：如图氢原子的能级图：如图1322.图图1322第8页，本讲稿共30页课堂互动讲练课堂互动讲练一、对氢原子跃迁的理解一、对氢原子跃迁的理解1原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足当一个光子的能量满足hE末末E初初时，才能被某一个时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级原子吸收，使原子从低能级E初初向高能级向高能级E末末跃迁，而当跃迁，而当光子能量光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收时都不能被原子吸收2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差的能量差第9页，本讲稿共30页3当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动，氢原子电离后，电子具有一定的初动能能一群氢原子处于量子数为一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为光谱线条数为NC4原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的能量而的能量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸被激发由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁，均可使原子发生能级跃迁第10页，本讲稿共30页特别提醒：特别提醒：原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差原子电离时所吸的能量只能等于两能级间的能级差原子电离时所吸收的光子的能量满足收的光子的能量满足EEEn.第11页，本讲稿共30页即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.氢原子的能级如图氢原子的能级如图1323所示，已知可见光的光子所示，已知可见光的光子能量范围约为能量范围约为1.62eV3.11eV.下列说法错误的是下列说法错误的是()A处于处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离并发生电离B大量氢原子从高能级向大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应具有显著的热效应图图1323第12页，本讲稿共30页C大量处于大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出可能发出6种不同频率的光种不同频率的光D大量处于大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出可能发出3种不同频率的光种不同频率的光第13页，本讲稿共30页3电势电势能能通通过库仑过库仑力做功判断力做功判断电势电势能的增减能的增减当当轨轨道半径减小道半径减小时时，库仑库仑力做正功，力做正功，电势电势能减小；反之，能减小；反之，轨轨道半径增大道半径增大时时，电势电势能增加能增加第14页，本讲稿共30页即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.(2011年杭州二中检测年杭州二中检测)氢原子辐射出一个光子后氢原子辐射出一个光子后()A电子绕核旋转半径增大电子绕核旋转半径增大B电子的动能增大电子的动能增大C氢原子的电势能增大氢原子的电势能增大D原子的能级值增大原子的能级值增大解析：解析：选选B.放出光子后，原子能量减小，电子轨道放出光子后，原子能量减小，电子轨道半径减小，速度增大，动能增大，而电势能减小，半径减小，速度增大，动能增大，而电势能减小，故只有故只有B正确正确第15页，本讲稿共30页经典题型探究经典题型探究原子结构与原子结构与粒子散射实验粒子散射实验例例例例1 1卢瑟福和他的助手做卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，获得粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：了重要发现：(1)关于关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的是粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()A证明了质子的存在证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里一个很小的核里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动第16页，本讲稿共30页【解解析析】(1)选选C.粒粒子子散散射射实实验验发发现现了了原原子子内内存存在在一一个个集集中中了了全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量的的核核数数年年后后卢卢瑟瑟福福发发现现核核内内有有质质子子并并预预测测核核内内存存在在中中子子，所所以以C对对，A、B错错玻玻尔尔发现发现了了电电子子轨轨道量子化，道量子化，D错错第17页，本讲稿共30页(2)从能量转化角度看，当从能量转化角度看，当粒子靠近原子核运动时，粒子靠近原子核运动时，粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设转化为电势能，设粒子与原子核发生对心碰撞时所能达粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为到的最小距离为d，【答案】【答案】(1)C(2)2.71014m第18页，本讲稿共30页与玻尔理论有关的计算与玻尔理论有关的计算例例例例2 2已知氢原子基态的电子轨道半径已知氢原子基态的电子轨道半径r10.531010m，基态的能级值为，基态的能级值为E113.6eV.(1)求电子在求电子在n1的轨道上运动形成的等效电流的轨道上运动形成的等效电流(2)有一群氢原子处于量子数有一群氢原子处于量子数n3的激发态，画一能的激发态，画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线光谱线(3)计算这几条光谱线中最长的波长计算这几条光谱线中最长的波长第19页，本讲稿共30页第20页，本讲稿共30页第21页，本讲稿共30页(2)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如图线，如图1324所示所示(3)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从知，氢原子一定是从n3的能级跃迁到的能级跃迁到n2的能级，的能级，设波长为设波长为，图图1324第22页，本讲稿共30页【答案答案】(1)1.05103A(2)见解析见解析(3)6.58107m第23页，本讲稿共30页【名师归纳名师归纳】(1)掌握原子跃迁的规律和特点是正确掌握原子跃迁的规律和特点是正确分析该题目的关键分析该题目的关键(2)在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，可认为在处理电子在原子核外绕核运转的问题时，可认为其做匀速圆周运动，则电子一定需要向心力，而向心其做匀速圆周运动，则电子一定需要向心力，而向心力只能来自于电子和原子核间的库仑引力，据此可由力只能来自于电子和原子核间的库仑引力，据此可由圆周运动的知识列出相应的方程，进行求解圆周运动的知识列出相应的方程，进行求解第24页，本讲稿共30页氢原子基态能量氢原子基态能量E113.6eV，电子绕核做圆，电子绕核做圆周运动的半径周运动的半径r10.531010m求氢原子处于求氢原子处于n4激发态时：激发态时：(1)原子系统具有的能量；原子系统具有的能量；(2)电子在电子在n4轨道上运动的动能；轨道上运动的动能；(已知能量关系已知能量关系EnE1，半径关系，半径关系rnn2r1，k9.0109Nm2/C2，e1.61019C)(3)若要使处于若要使处于n2的氢原子电离，至少要用频率多的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？大的电磁波照射氢原子？(普朗克常量普朗克常量h6.631034Js)有关氢原子能量的计算有关氢原子能量的计算例例例例3 3第25页，本讲稿共30页【思路点拨思路点拨】由玻尔的能级理论可求得由玻尔的能级理论可求得(1)，玻尔的，玻尔的原子模型原子模型(轨道理论轨道理论)和圆周运动相结合可求得和圆周运动相结合可求得(2)，使原，使原子电离与两能级间的跃迁有所区别，不要将二者混淆，子电离与两能级间的跃迁有所区别，不要将二者混淆，理解电离的实质：电子获得足够能量从而脱离原子束理解电离的实质：电子获得足够能量从而脱离原子束缚缚第26页，本讲稿共30页第27页，本讲稿共30页【答案答案】(1)0.85eV(2)0.85eV(3)8.211014Hz【规规律律总结总结】求解求解电电子在某条子在某条轨轨道上的道上的动动能能时时要将玻要将玻尔尔的的轨轨道理道理论论与与电电子子绕绕核做核做圆圆周运周运动动的的向心力向心力结结合起来合起来第28页，本讲稿共30页知能优化演练知能优化演练第29页，本讲稿共30页本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用第30页，本讲稿共30页
