3.4 原子的能级结构（备课堂）-【上好课】2020-2021学年高二物理同步备课系列（粤教版选修3-5）

粤教版 高中物理选修3-5 第三章 氢原子光谱是连续的还是分立的？ 原子中，电子轨道是怎样的？ 1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这些现象叫做轨道量子化； 2、不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，称为定态。 3、原子在不同的状态之中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。 1913年玻尔提出了自己的原子结构假说 玻尔 经典电磁理论 经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子不断地向外辐射能量，能量 逐渐减小，电子绕核旋转的频 率也逐渐改变，原子的发射光 谱应是连续谱。由于原子总能 量减小，电子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。 + + 经典电磁理论与现代物理学的矛盾 事实上： 氢原子发射的光谱是不连续的光谱，而核外的电子总是不停地绕核运动。 表明： 从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟原子微粒产生的微观现象出现了矛盾。 玻尔理论的基本假设 现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设： 定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态 玻尔理论的基本假设 轨道能级化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。 跃迁假设: 当原子从一个能量 为En的定态跃迁到另一个能量 为Em的定态时，就要发射或吸 收一个频率为 m-n的光子. Em>En 发射光子， Em<En 吸收光子 能级结构猜想 能级：原子内部不连续的能量称为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。 跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能量为: hv= Em- En Em和En分别为跃迁前后的能级 (1)处于高能级的原子会自发 地向低能级跃迁，并且在 这个过程中辐射光子 。 (2)反之，原子吸收了特定频 率的光子或者通过其他途 径获得能量时便可以从低 能级向高能级跃迁。 hv Em En hv Em En 氢原子的能级 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定态称为基态。 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，这些能级对应的定态 称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。 由 知道，氢原子辐射光谱的波长取决于两光谱项之差；而hv=Em-En式则揭示出氢原子辐射光的频率取决于两能级之差。 能级与光谱项之间的关系 最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆假设，推导出氢原子的能级满足： 式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的,因此n也被称为能量量子数。 n取正整数 氢原子的能级 从 可算出： 所以，上式也可以写成： 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。 以无穷远处作为零电势参考位置 电子轨道 能级 基态 激发态 n=6 n=5 n=4 n=1 n=3 n=2 （巴尔末系） Hδ Hγ Hβ Hα 3.能级：各状态的能量值叫能级。 （能级名称把能量不连续这一特点体现出来了） 基态 第一激发态 第二激发态 第三激发态 电离态 4.能级图：用图来表示各状态的能量关系 5.用能级图解释氢原子光谱规律（重点）： 巴耳末系 莱曼系 玻尔的原子模型 电子轨道量子化 电子绕核做圆周运动仍然服从经典力学规律。但轨道不是任意的。 原子能量量子化 电子在不同的轨道，原子具有的能量不同。 氢原子能量公式： 1.电子动能： Ek=1/2mv2 电子绕核做圆周运动 mv2/r=ke2/r2 故Ek=1/2 ke2/r 2.原子势