3-4 原子的能级结构-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-5）

第四节　原子的能级结构 [目标定位]　1.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念.2.了解能级跃迁伴随着能量变化，知道能级跃迁过程中吸收或放出光子.3.能通过能级跃迁解释巴耳末系． 一、能级结构猜想 1．由氢原子光谱是分立的，我们猜想原子内部的能量也是不连续的． 2．原子内部不连续的能量称为原子的能级，原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做跃迁． 3．能级跃迁中的能量关系：hν＝Em－En.由此可知原子在跃迁前、后的能级分别为Em和En. 二、氢原子的能级 1．氢原子能级表达式 En＝，n＝1,2,3……式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n是正整数． 2．能级状态 (1)基态：在正常状态下氢原子处于最低的能级E1(n＝1)，这个最低能级对应的状态称为基态，氢原子在基态的能量为－13.6_eV.[来源:Zxxk.Com] (2)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较高的能级E2、E3……上，这些能级对应的状态称为激发态． 3．氢原子能级图 如图1所示 图1 4．氢光谱线系的形成 能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，如巴耳末线系是氢原子从n＝3、4、5……等能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱． 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题1 问题2 问题3 一、对能级结构的理解 1．轨道量子化 (1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值． (2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数． 2．能量量子化 (1)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． (2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV. (3)激发态：除基态之处的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动． 氢原子各能级的关系为：En＝E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…) 3．跃迁 原子从一个能级跃迁到另一个能级时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级Em低能级En[来源:学科网] 【例1】　(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是(　　) A．核外电子运动轨道半径可取任意值 B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大 C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝|Em－En| D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量 答案　BC 解析　根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误． 针对训练1　下列与玻尔理论有直接关系的叙述中，错误的是(　　) A．电子绕原子核做加速运动，但并不向外辐射能量，这时原子的状态是稳定的 B．原子的一系列能量状态是不连续的 C．原子从一个能量状态跃迁到另一个能量状态时，一定要吸收或放出某一频率的光子 D．氢原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，电子绕原子核旋转 答案　D 二、原子能级和能级跃迁的理解 1．原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，吸收(或放出)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)．若m→n，则辐射光子，若n→m，则吸收光子． 2．根据氢原子的能级图可以推知，一群量子数为n的氢原子向低能级跃迁时，可能辐射出的不同频率的光子数可用N＝C计算． ＝ 【例2】　 (多选)氢原子能级如图2所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(　　) 图2 A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm B．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级 C．一群处于n＝3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n＝2跃迁到n＝3的能级 答案　CD 解析　由氢原子能级图可知氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级的能级差大于从n＝3跃迁到n＝2的能级的能级差，根据|En－Em|＝hν和ν＝，选项D正确．，选项A错误；同理从n＝1跃迁到n＝2的能级需要的光子能量大约为从n＝3跃迁到n＝2的能级差的五倍左右，对应光子波长应为从n＝3跃迁到n＝2的能级辐射光波长的五分之一左右，选项B错误；氢原子从n＝3跃迁到n＝1