人教版高三物理总复习 15.2原子结构 氢原子光谱课件 鲁科.ppt

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1、第二节原子结构氢原子光谱第二节原子结构氢原子光谱2021/8/9 星期一1一、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_发现了电子，明确电子是原子的组发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕成部分，揭开了研究原子结构的序幕2原子的核式结构模型原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子_上，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转上，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转汤姆孙汤姆孙核核2021/8/9 星期一2

2、二、氢原子光谱二、氢原子光谱1光谱：用光栅和棱镜可以把光按波长展开，光谱：用光栅和棱镜可以把光按波长展开，获得光的获得光的_和和_的记录，的记录，即光谱即光谱2线状谱：光谱是一条条的线状谱：光谱是一条条的_3连续谱：光谱看起来不是一条条分立的谱线，连续谱：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的而是连在一起的_4特征谱线：不同原子的亮线位置特征谱线：不同原子的亮线位置_，说，说明不同原子的发光频率是明不同原子的发光频率是_的，因此这些的，因此这些亮线称为原子的特征谱线亮线称为原子的特征谱线波长波长(频率频率)成分成分强度分布强度分布亮线亮线光带光带不同不同不同不同2021/8/9 星期一

3、3特征谱线特征谱线三、玻尔理论、能级三、玻尔理论、能级1玻尔原子模型玻尔原子模型(1)轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的轨道是绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的轨道是_的的不连续不连续2021/8/9 星期一4(2)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是的能量是_的这些不同的状态叫定态的这些不同的状态叫定态在各个定态中，原子是在各个定态中，原子是_的，不向外辐射能的，不向外辐射能

4、量量(3)跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要状态跃迁时要_或或_一定频率的光子，该一定频率的光子，该光子的能量等于两个状态的光子的能量等于两个状态的_，即，即h_不连续不连续稳定稳定吸收吸收放出放出能级差能级差EmEn(mn)2021/8/9 星期一52能级：在玻尔理论中，原子的各个可能状态的能级：在玻尔理论中，原子的各个可能状态的_叫能级叫能级3基态与激发态：能量基态与激发态：能量_的状态叫基态；其的状态叫基态；其他能量状态叫激发态他能量状态叫激发态4量子数：现代物理学认为原子的可能状态是不量子数：现代物理学认为原子的可能状态是不连续

5、的，各状态的标号连续的，各状态的标号1,2,3叫做量子数，一般用叫做量子数，一般用n表示表示能量值能量值最低最低2021/8/9 星期一6课堂互动讲练课堂互动讲练一、一、粒子散射实验与原子核式结构模型粒子散射实验与原子核式结构模型1卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验装置粒子散射实验装置(如图如图1521)图图15212021/8/9 星期一72粒子散射实验的现象粒子散射实验的现象图图1522绝绝大大多多数数粒粒子子穿穿过过金金箔箔后后，基基本本上上仍仍沿沿原原来来的的方方向向前前进进，但但少少数数粒粒子子发发生生了了大大角角度度偏偏转转，极极少少数数粒子甚至被撞了回来如图粒子甚至被撞了回来如图152

6、2所示所示2021/8/9 星期一83建立核式结构模型的要点建立核式结构模型的要点(1)核外电子不会使核外电子不会使粒子的速度发生明显改变粒子的速度发生明显改变(2)汤姆孙模型不能解释汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射粒子的大角度散射(3)少数少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用电量均比它本身大得多的物体的作用(4)绝大多数绝大多数粒子在穿过厚厚的金原子层而运动粒子在穿过厚厚的金原子层而运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的方向没有

7、明显变化，说明原子中绝大部分是空的原子的质量、电量都集中在体积很小的原子核原子的质量、电量都集中在体积很小的原子核上上2021/8/9 星期一94三个原子模型的对比三个原子模型的对比实验实验基基础础原子原子结结构构成功和局限成功和局限“枣枣糕糕”模型模型电电子的子的发现发现原子是一个球体，原子是一个球体，正正电电荷均匀分布在荷均匀分布在整个球内，整个球内，电电子子镶镶嵌在其中嵌在其中可解可解释释一些一些实验现实验现象，但无法象，但无法说说明明粒粒子散射子散射实验实验核式核式结结构型模构型模卢卢瑟福的瑟福的粒子散射粒子散射实验实验原子的中心有一个原子的中心有一个很小的核，全部正很小的核，全部正电

8、电荷和几乎全部荷和几乎全部质质量集中在核内，量集中在核内，电电子在核外运子在核外运动动成功解成功解释释了了粒子散粒子散射射实验实验，无法解，无法解释释原子的原子的稳稳定性及原定性及原子光子光谱谱的分立特征的分立特征玻玻尔尔的的原子模原子模型型氢氢原子光原子光谱谱的研究的研究在核式在核式结结构模型基构模型基础础上，引入量子上，引入量子观观念念成功解成功解释释了了氢氢原子原子光光谱谱及原子的及原子的稳稳定定性，不能解性，不能解释较释较复复杂杂原子的光原子的光谱现谱现象象2021/8/9 星期一10即即时应时应用用1.(2010年高考上海卷年高考上海卷)卢瑟福提出了原子的核式卢瑟福提出了原子的核式结

9、构模型，这一模型建立的基础是结构模型，这一模型建立的基础是()A粒子的散射实验粒子的散射实验B对阴极射线的研究对阴极射线的研究C天然放射性现象的发现天然放射性现象的发现D质子的发现质子的发现解析：解析：选选A.卢瑟福根据卢瑟福根据粒子的散射实验的结果，粒子的散射实验的结果，提出原子的核式结构模型，所以提出原子的核式结构模型，所以A项正确项正确2021/8/9 星期一11二、玻尔理论的理解二、玻尔理论的理解1玻尔理论玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运

10、动，但并不向外辐射能量然绕核运动，但并不向外辐射能量(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即两个定态的能量差决定即hEmEn.(h是普是普朗克常量朗克常量h6.631034Js)(3)轨道：原子的不轨道：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，因此电子的可能对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的轨道也是不连续的2021/8/9 星期一122玻尔模

11、型中电子运动有关计算问题玻尔模型中电子运动有关计算问题氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即为原子的能量，即EnEkEp.(1)电子运动的速度、周期、动能与半径的关系电子运动的速度、周期、动能与半径的关系2021/8/9 星期一13(2)系系统统的的电电势势能能变变化化可可根根据据库库仑仑力力做做功功来来判判断断：靠靠近近核核，库库仑仑力力对对电电子子做做正正功功，系系统统电电势势能能减减小小；远远离离核核，库库仑仑力力对对电电子子做做负

12、负功功，系系统统电电势势能增加能增加2021/8/9 星期一14即时应用即时应用2.氢原子在基态时的能级为氢原子在基态时的能级为E113.6eV，其电子的，其电子的轨道半径为轨道半径为r10.531010m，求：，求：(1)电子在第一条轨道上的电势能电子在第一条轨道上的电势能(2)要使基态原子电离，至少要吸收多高频率的电磁波要使基态原子电离，至少要吸收多高频率的电磁波？2021/8/9 星期一15(2)吸收光子的最低能量至少要等于氢原子的吸收光子的最低能量至少要等于氢原子的电离能量，设此光子最低频率为电离能量，设此光子最低频率为0.由由h0EE113.6eV，得，得答案：答案：(1)27.2e

13、V(2)3.281015Hz2021/8/9 星期一162021/8/9 星期一172氢原子的能级图氢原子的能级图(如图如图1523所示所示)图图15231)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态定态(2)横线左端的数字横线左端的数字“1,2,3”表示量子数，右表示量子数，右端的数字端的数字“13.6，3.40”表示氢原子的能级表示氢原子的能级2021/8/9 星期一18(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小数越大，相邻的能级差越小(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级带箭

14、头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：跃迁，原子跃迁条件为：hEmEn.3氢原子跃迁的理解氢原子跃迁的理解(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光子，当一个光子的能量满足hE末末E初初时，才时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初初向高能向高能级级E末末跃迁，而当光子能量跃迁，而当光子能量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2021/8/9 星期一19(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向原子从高能级向低能级跃迁，以光子的

15、形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时两能级间的能量差时两能级间的能量差(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原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定，氢原子电离后，电子具有一定的初动能的初动能2021/8/9 星期一20(4)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)的能的能量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部分量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部分地被原

16、子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子，均可使原子发生能级跃迁发生能级跃迁(5)跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小反减小，电子动能增大，原子能量减小反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大能减小，原子能量增大2021/8/9 星期一21名师点睛：名师点睛

17、：(1)原子跃迁条件原子跃迁条件hEmEn只适用只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离时，只情况，对于光子和原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量要入射光的能量E13.6eV，原子就能吸收，对，原子就能吸收，对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可大于或等于能级差即可2021/8/9 星期一22即时应用即时应用3如图如图1524所示为氢原子最低的四个能级，所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：当氢原子在这些能级间跃迁时：(

18、1)有可能放出有可能放出_种能量的光子种能量的光子(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？长？波长是多少？图图15242021/8/9 星期一23答案：答案：(1)6种种(2)见解析见解析2021/8/9 星期一24经典题型探究经典题型探究题型一题型一原子核式结构模型的理解原子核式结构模型的理解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，粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：获得了重要发现：(1)关于关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的粒子散射实验的结果，下列说法正确的是是()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

19、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集中在一个很小的核里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例例例例1 12021/8/9 星期一25【思路点拨思路点拨】(1)根据根据粒子散射实验结果和玻粒子散射实验结果和玻尔理论综合分析尔理论综合分析(2)粒子接近原子核的过程中，动能与电势能相粒子接近原子核的过程中，动能与电势能相互转化互转化2021/8/9 星期一26【解析解析】(1)粒子散射实验发现了原子内存在一粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部

20、正电荷和几乎全部质量的核数年个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以所以C对，对，A、B错玻尔发现了电子轨道量子化，错玻尔发现了电子轨道量子化，D错错(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，能全部转化为电势能，2021/8/9 星期一27【答案答案】(1)C(2)2.71014m2021/8/9 星期一28【规律总结规律总结】(1)微观世界是看不见的，我们

21、可以微观世界是看不见的，我们可以根据它们产生的各种效应来进行分析、推理和判根据它们产生的各种效应来进行分析、推理和判断，来达到认识微观世界的目的；对于实验推理断，来达到认识微观世界的目的；对于实验推理类问题，要求记住：类问题，要求记住：实验的发明者、时间和装实验的发明者、时间和装置；置；实验事实或现象；实验事实或现象；由实验结果得出什么由实验结果得出什么结论；结论；实验的意义所在实验的意义所在(2)核式结构模型是核外电子绕原子核做匀速圆周核式结构模型是核外电子绕原子核做匀速圆周运动，相关计算应采用库仑力充当向心力的方法运动，相关计算应采用库仑力充当向心力的方法2021/8/9 星期一29题型二

22、题型二能级跃迁与光谱分析能级跃迁与光谱分析例例例例2 2(2009年年高高考考全全国国卷卷改改编编)氢氢原原子子的的部部分分能能级级如如图图1525所所示示，已已知知可可见见光光的的光光子子能能量量在在1.62eV到到3.11eV之间由此可推知，氢原子之间由此可推知，氢原子()图图15252021/8/9 星期一30A从高能级向从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比能级跃迁时发出的光的波长比可见光的长可见光的长B从高能级向从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见能级跃迁时发出的光均为可见光光C从高能级向从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高可见光的高D从

23、从n3能级向能级向n2能级跃迁时发出的光为可能级跃迁时发出的光为可见光见光2021/8/9 星期一312021/8/9 星期一32因因此此，从从高高能能级级向向n2能能级级跃跃迁迁时时发发出出的的光光有有可可见见光光，也也有有非非可可见见光光，故故选选项项B错错误误从从高高能能级级向向n3能能级级跃跃迁迁时时，发发出出的的光光子子能能量量范范围围为为：0.66eVE1.51eV，比比可可见见光光光光子子的的能能量量范范围围小小，由由Eh可可知知这这些些光光子子的的频频率率均均小小于于或或等等于于可可见见光光的的频频率率，故故选选项项C错错误误从从n3能能级级向向n2能能级级跃跃迁迁时时发发出出

24、光光子子的的能能量量为为E1.89eV，在在可可见见光光光光子能量范围之内，故选项子能量范围之内，故选项D正确正确【答案答案】D2021/8/9 星期一33【规规律律总总结结】原原子子在在各各能能级级间间跃跃迁迁时时，所所吸吸收收或或辐辐射射的的光光子子的的能能量量只只能能等等于于两两能能级级间间的的能能级级差差原原子子电电离离时时所所吸吸收收或或辐辐射射的的光光子子的的能能量量可可以以大大于于或或等等于于某某一一能能级级的的能能量量绝绝对对值值，即即EEEn.2021/8/9 星期一34题型二题型二能级中有关能量转化问题能级中有关能量转化问题例例例例3 3(2010年龙岩五校联考年龙岩五校联

25、考)氢原子的核外电氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中，以下说法正确的是程中，以下说法正确的是()A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大势能增大，原子的能量增大B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小势能减小，原子的能量减小C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大势能减小，原子的能量增大D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大势能增大，原子的能量增大2021/8/9 星期一35【答案答案】D2021/8/9 星期一36【规规律律总总结结】在在氢氢原原子子的的能能级级跃跃迁迁模模型型中中与与能能级级相相关关的的能能量量有有动动能能、电电势势能能、总总能能量量，理理解解核式结构模型的动力学特点是解题的关键核式结构模型的动力学特点是解题的关键2021/8/9 星期一372021/8/9 星期一38