3.3 量子论视野下的原子模型-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-5）

3.3　量子论视野下的原子模型 [学习目标] 1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容.2.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念，会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量.3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱． 一、玻尔原子理论的基本假设 [导学探究]　1.按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动．我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢？ 答案　不可以．在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而卫星的轨道半径理论上可按需要任意取值． 2．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么？它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系？ 答案　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(其能量记为En)时，会放出能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m＞n)． 当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由上式决定． [知识梳理] 1．轨道量子化 (1)轨道半径只能够是某些分立的数值． (2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0.053 nm，轨道半径满足rn＝n2r1，n为量子数，n＝1,2,3，…. 2．能级 (1)能级：在玻尔模型中，原子的能量状态是不连续的，因而各定态的能量只能取一些分立值，我们把原子在各定态的能量值叫做原子的能级． (2)基态和激发态 ①基态：在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态． ②激发态：电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态． (3)能量量子化 不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的． 原子各能级：En＝E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…) 3．光子的发射和吸收 (1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会发射光子，放出光子的能量hν与始末两能级Em、En之间的关系为：hν＝Em－En. (2)光子的吸收：原子吸收光子后可以从低能级跃迁到高能级．[来源:学&科&网] 高能级Em低能级En [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点．(　×　) (2)玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值．(　√　) (3)当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子． (　×　) (4)处于能级越高的氢原子，向低能级跃迁时释放的光子能量越大．(　×　) 二、原子的能级跃迁问题 [导学探究]　根据氢原子的能级图，说明： 1．氢原子从高能级向低能级跃迁时，发出的光子的频率如何计算？ 答案　氢原子辐射光子的能量决定于两个能级差hν＝Em－En(n<m)． 2.如图1所示是氢原子的能级图，一群处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出多少种频率不同的光子？ 图1[来源:学*科*网] 答案　氢原子能级跃迁图如图所示．从图中可以看出最多能辐射出6种频率不同的光子，它们分别是n＝4→n＝3，n＝4→n＝2，n＝4→n＝1，n＝3→n＝2，n＝3→n＝1，n＝2→n＝1. [知识梳理][来源:Z_xx_k.Com] 1．氢原子能级图(如图2所示) 图2 2．各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可以发射的光的频率也不相同，每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而有自己的原子光谱． 3．由于原子的能级是不连续的，所以辐射的光子的能量也是不连续的．从光谱上看，原子辐射光波的频率只有若干分立的值． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)玻尔理论能很好地解释氢原子的光谱．(　√　) (2)处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子．(　×　) (3)不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光子频率是相同的．(　×　) 三、玻尔理论的局限性 [导学探究]　玻尔理论的成功之处在哪儿？为什么说它又有局限性？ 答案　(1)玻尔理论成功之处在于第一次将量子化的思想引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱． (2)它的局限性在于过多的保留了经典粒子的观念． [知识梳理] 1．玻尔理论的成就 玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域；提出了能级和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律． 2．玻尔理论的局限性 没有彻底摆脱经典物理学的束缚，对比较复杂的原子光谱无法解释． 3．电子云 原子中电子的运动并没有确定的轨道，而是可以出现在原子内的整个核外空间