20xx粵教版高中物理選修3-5第三章原子的能級結構(已修改)
2024-12-24 19:15 本頁面
【正文】 學案 4 原子的能級結構 [學習目標定位 ] .、躍遷、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等概念 .． 1．愛因斯坦的光子假說：光的能量是 不連續(xù) 的，而是一份一份的，每一份叫一個光子，一個光子的能量為 hν . 2．巴耳末公式： 1λ ＝ R(122－ 1n2)， n＝ 3,4,5,6?. 3． eV是 能量 的單位， 1 eV＝ 10 － 19 J. 4．能級結構猜想 (1)能級：原子內部 不連續(xù)的能量 稱為原子的能級． (2)躍遷：原子從一個能級變化到另一個能級的過程叫做躍遷，處于高能級的原子會 自發(fā) 地向低能級躍遷，并且在這個過程中 輻射光子． 原子 吸收了 特定頻率的光子或者通過其他途徑獲得能量時便可以從 低能級向高能級躍遷． (3)輻射或吸收光子的能量： hν ＝ Em－ En. 5．氫原子的能級 (1)玻爾推導出氫原子的能級滿足： En＝－ Rh2 ， n＝ 1,2,3? ，式中 R 為里德伯常量， h為普朗克常量， c 為光速， n為正整數．這個式子表明，氫原子的能量是不連續(xù)的，只能取一些定值，氫原子的能量是 量子化 的，因此 n也被稱為能量 量子數． (2)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，氫原子處于 最低 的能級 E1(n＝ 1)，這個 最低 能級對應的狀態(tài)稱為基態(tài)．氫原子在基態(tài)的能量為－ eV. (3)激發(fā)態(tài)：當電子受到外界 激發(fā) 時，可從基態(tài)躍遷到較高的能級 E E3?? 上，這些能級對應的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)． 6．氫原子發(fā)光的原因 處于激發(fā)態(tài)的氫原子是不穩(wěn)定的，它會向 較低 的能級躍遷，躍遷時釋放出來的能量以 光子 形式向外輻射，這就是氫原子發(fā)光現(xiàn)象，原子輻射出的光子的能量等于兩能級間的 能量差 . 一、對玻爾理論的理解 [問題設計 ] 按照經典理論， 核外電子在庫侖引力作用下繞原子核做圓周運動．我們知道，庫侖引力和萬有引力形式上有相似之處，電子繞原子核的運動與衛(wèi)星繞地球的運動也一定有某些相似之處，那么若將衛(wèi)星 — 地球模型縮小是否就可以變?yōu)殡娮?— 原子核模型呢？ 答案 不可以．在玻爾理論中，電子的軌道半徑只可能是某些分立的值，而衛(wèi)星的軌道半徑可按需要任意取值． [要點提煉 ] 1．軌道量子化 (1)軌道半徑只能夠是某些 分立 的數值． (2)氫原子的電子最小軌道半徑 r1＝ nm，其余軌道半徑滿足 rn＝ n2r1， n為量子數，n＝ 1,2,3， ? . 2．能量量子 化 (1)不同軌道對應不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的，原子在不同狀態(tài)有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的． (2)基態(tài)：原子 最低 的能量狀態(tài)稱為基態(tài)，對應的電子在離核最 近 的軌道上運動，氫原子基態(tài)能量 E1＝ － . (3)激發(fā)態(tài)：較高的能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，對應的電子在離核較遠的軌道上運動． 氫原子各能級的關系為： En＝ 1n2E1(E1＝－ eV， n＝ 1,2,3， ?) 3．能級躍遷與光子的發(fā)射和吸收 (1)光子的發(fā)射：電 子從高能級 (Em)向低能級 (En)躍遷時會 放出 光子，放出光子的能量hν 與始末兩能級 Em、 En之間的關系為： hν ＝ Em－ En. (2)光子的吸收：電子吸收特定頻率的光子后可以從 低能級 躍遷到 高能級． [延伸思考 ] 為什么氫原子的定態(tài)能量為負值？氫原子由低能級躍遷到高能級的過程中動能如何變化？電勢能 Ep及軌道能量如何變化？ 答案 (1)氫原子的定態(tài)能量包括兩種能量：電子繞核運動的動能及電子 — 氫原子核系統(tǒng)的電勢
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