CHỦ ĐỀ TỰ CHON VẬT LÍ 11 THEO CHUẨN KIẾN THỨC KĨ NĂNG

Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo tròn có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.. Tiên đề về sự bức xạ và

Trang 1

GIẢI TOÁN VÀ TRẮC NGHIỆM MẪU NGUYÊN TỬ BO(BOHR) – QUANG PHỔ CỦA HIĐRÔ

TỔNG KẾT KINH NGHIỆM

GIẢI TOÁN VÀ TRẮC NGHIỆM MẪU NGUYÊN TỬ BO(BOHR) – QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ HIĐRÔ

Trang 2

A LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Qua thực tế giảng dạy bài MẪU NGUYÊN TỬ BO(BOHR)- QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ HIĐRÔ nói riêng và chương trình vật lí 12 nói chung theo mức

độ thể hiện cụ thể của chuẩn kiến thức, kĩ năng tôi nhận thấy học sinh vẫn còn lúng túng khi giải bài tập Đặc biệt là những dạng bài tập mà các em chưa gặp lần nào Để đáp ứng theo yêu cầu của đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông và tuyển sinh đại học, cao đẳng tôi mạnh dạng tổng kết lại những kinh nghiệm mà mình tích lũy được trong quá trình giảng dạy và biên soạn thành đề tài này Kiến thức lí thuyết và các dạng bài tập về MẪU NGUYÊN TỬ BO(BOHR) - QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ HIĐRÔ rất rộng nên tôi cố gắng chọn lọc những gì cơ bản, hay và điển hình Trong quá trình biên soạn có thể còn thiếu và không tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô đồng nghiệp và các em học sinh để giúp tôi có thêm động lực hoàn thành dự án viết bài tập trắc nghiệm vật lí 12 theo từng bài

Người thực hiện

P.Q.H

Trang 3

B CƠ SỞ LÍ THUYẾT

I MẪU NGUYÊN TỬ BO(BOHR)

Năm 1913 nhà vật lí Đan Mạch Bohr đã bổ sung mẫu hành tinh nguyên tử của Rơ-dơ-pho (Rutherford) với hai giả thuyết sau đây được coi là các tiên đề Bohr

1 Tiên đề về trạng thái dừng

Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định E n , gọi là các trạng thái dừng Khi ở trong các trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ.

Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo (tròn) có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.

n = 1) gọi là trạng thái cơ bản Khi đó electron chuyển động trên quỹ đạo gần hạt nhân nhất

 Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên các trạng thái dừng có năng

trên quỹ đạo xa hạt nhân hơn

 Đối với nguyên tử hiđrô, Bohr đã thiết lập được công thức tính bán kính quỹ đạo dừng như sau:

rn : Bán kính quỹ đạo dừng thứ n

r0 : Bán kính quỹ đạo dừng thuộc trạng thái cơ bản

(r0 = 5,3.10-11m: bán kính Bohr)

2 Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử

Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E n sang trạng thái dừng có năng lượng E m nhỏ hơn thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E n – E m

2 0

.

n

E n

E m

 = h.f

nm

hc





Trang 4

(h là hằng số Plăng; n, m là những số nguyên.) Gọi i là mức năng lượng thỏa m < i < n Ta có:

;

Ngược lại, nếu một nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E m mà hấp thụ một phôtôn có năng lượng hf đúng bằng hiệu E n – E m thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng E n cao hơn.

 Tiên đề này cho thấy: Nếu một chất hấp thụ được ánh sáng có bước sóng nào thì nó cũng có thể phát ra ánh sáng có bước sóng ấy

II QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ HIĐRÔ

1 Quang phổ vạch phát xạ của hiđrô

Khảo sát quang phổ của hiđrô các nhà vật lí đã phát hiện ra quang phổ này gồm rất nhiều bức xạ thuộc cả vùng ánh sáng thấy được và vùng ánh sáng không thấy được

Theo tên của người khám phá, các bức xạ này được xếp thành nhiều dãy Ba dãy đầu tiên là:

* 4 bức xạ thuộc miền ánh sáng thấy được:

 Dãy Pa-sen(Paschen) thuộc miền hồng ngoại

Bước sóng của một số bức xạ đã được xác định và người ta đã thiết lập công thức thực nghiệm tính các bước sóng này

2 Giải thích cấu trúc quang phổ của hiđrô theo mẫu nguyên tử Bohr.

Mẫu nguyên tử Bohr là cơ sở lí thuyết giải thích được sự tạo thành các vạch bức

xạ của hiđrô Sự giải thích này được trình bày bởi các biểu đồ chuyển dời electron của nguyên tử hiđrô giữa các mức năng lượng dưới đây

- Năng lượng ion hóa nguyên tử hiđrô từ trạng thái cơ bản là năng lượng cần thiết để chuyển electron từ quỹ đạo K ra quỹ đạo ngoài cùng

nm ni im

E 5

E1 = -13,6eV

E2

E3

E 4

E6

E

 = 0

Dãy Laiman

Dãy Banme

Dãy Pasen H

 H

 H

 H

 K

L M N O P

fnm  fni  fim

H (đỏ) H

 (lam)

H (chàm) H

 (tím)

Trang 5

- Bức xạ có bước sóng ngắn nhất mà nguyên tử hiđrô có thể phát ra ứng với sự chuyển của electron từ quỹ đạo ngoài cùng về quỹ đạo K, phôtôn tương ứng có năng lượng bằng năng lượng ion hóa nói trên

- Trong mỗi dãy vạch thì vạch thứ nhất (tính từ phải sang trái) ứng với bức xạ

có bước sóng dài nhất (phôtôn tương ứng có năng lượng nhỏ nhất)

- Sự chuyển của electron từ quỹ đạo dừng bên ngoài về quỹ đạo dừng nào đó bên trong là hoàn toàn ngẫu nhiên

Chú ý: Tương tác giữa electron và hạt nhân tuân theo định luật Cu-lông:

2 9 2

9.10 N m

k

C



e: điện tích nguyên tố

: bán kính quỹ đạo dừng đang xét

III- THÔNG TIN BỔ SUNG

1 Làm thế nào để có thể suy ra sự lượng tử hóa các tiên đề của Bo?

Xuất phát từ lưỡng tính sóng - hạt của phôtôn, ta có:

c c 



 (1)



Quỹ đạo dừng là quỹ đạo có chiều dài bằng một số nguyên lần bước sóng ứng với electron: 2 r n   (3)

2

h r



2

h





2 2 2 2 2 2

M n  m v r

r  r (5)

2

2 ke mv

r



n  kme r

Suy ra bán kính quỹ đạo của electron trong nguyên tử hiđrô:

2 2 2

r n kme

  (6) Bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên tiếp Bán kính quỹ đạo K (bán kính Bo) ứng với n = 1:

2

11

0 2 5,3.10

kme



2 Mẫu nguyên tử Bo chỉ là một mẫu bán cổ điển Đó là vì:

- Nó chưa đi vào những quy luật đặc thù của thế giới vi mô (các quy tắc lượng

tử hóa, quy tắc lựa chọn, hệ thức bất định…)

2

n

e

r



2 0

n

r n r

Trang 6

- Nó chưa đề cập đến những đặc điểm riêng của thế giới vi mô (lưỡng tính sóng

- hạt, các số lượng tử, spin…)

Vì vậy mẫu nguyên tử Bo chỉ áp dụng tốt cho nguyên tử hiđrô và những ion tương tự hiđrô Khi áp dụng mẫu này cho nguyên tử heli thì đã có những sai lệch

Mẫu nguyên tử đẹp nhất phải là mẫu nguyên tử theo cơ học lượng tử

C MỘT SỐ BÀI TẬP HAY VÀ ĐIỂN HÌNH

Bài 1 Xét ba bước sóng thuộc ba bức xạ trong quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô là

31 , 32 , 21

xạ còn lại

Giải:

a Tìm  31 khi biết trước  32 ;  21

Theo tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của Bo ta có:

31

hc

E E E E E E

Hay

31 32 21

hc hc hc

   

31 32 21

31

32 21

.

 







b Tìm  32 khi biết trước  31 ;  21

32

21 31

.

 







c Tìm  21 khi biết trước  31 ;  32

21

32 21

.

 







Bài 2 Cho biết năng lượng ion hóa của hiđrô là A = 21,76.10-19J (năng lượng phải

A n

sóng của vạch đỏ trong dãy Banme?

Giải:

32

5

E E



     

36

0,6576 5

hc

m A

Bài 3 Cho biết bước sóng của vạch đỏ H là 0,6563 µm Công thức năng lượng của

A n



a Tìm năng lượng của trạng thái cơ bản, trạng thái kích thích thứ nhất và thứ hai

b Tìm bước sóng dài nhất của quang phổ trong dãy Laiman và Pasen

c Vạch có bước sóng ngắn nhất trong dãy Banme là vạch nào?

Giải:

32

5

E E



     

Trang 7

suy ra

34 8

19 6

32

36 36.6,625.10 3.10

21,804.10

5 5.0,6563.10

hc A





Năng lượng của trạng thái cơ bản, ứng với n = 1:

E1 = 1 2

A

 = -A = - 21,804.10-19J

Năng lượng của trạng thái kích thích thứ nhất, ứng với n = 2:

E2 = 2

2

A

 = - 5,451.10-19J

Năng lượng của trạng thái kích thích thứ hai, ứng với n = 3:

E3 = 3 2

A

 = - 2,4227.10-19J

 

2 1 21

3

32

5

E E



     

43

7

E E



     

Để tránh sai số lớn, lập tỉ lệ: (2) : (1) ta được 21

32

5 4

36 3



  suy ra  21  0,1215m

(2) : (3) ta được 43

32

5 144

36 7



2 2

0

E E

 

     

  (4)

Để tránh sai số lớn, lập tỉ lệ: (2) : (4) ta được 2

32

5 4 36



  suy ra 2  0,3646m

Vạch này thuộc ánh sáng tử ngoại, không thuộc dãy Laiman, mà thuộc dãy Banme Tuy nhiên khi chụp ảnh, vạch này không chụp được vì phim để chụp quang phổ do Banme thực hiện chỉ ghi được các vạch trong vùng khả kiến

Bài 4 Nguyên tử hiđrô gồm một hạt nhân và một electron chuyển động tròn đều xung

quanh hạt nhân này Lực tương tác giữa hạt nhân và electron là lực Culông(Coulomb)

-11m (quỹ đạo K)

b Tìm số vòng quay của electron trong một đơn vị thời gian (tần số)

Giải:

tròn đều

+e r0 -e

Trang 8

Ta có:

2

e

0

9

9.10

9,1.10 5,3.10

e

k

v e

m r

m s





b số vòng quay của electron trong một đơn vị thời gian (tần số) được tính bởi:

15

0

6,0.10 2

v

n

r



D CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

Câu 1 Trong quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô, bước sóng dài nhất của vạch

hai thuộc dãy Laiman có giá trị là

1 2

.

 

1 2

.

 

   C 1 2

2 1

 

1 2

 

  

Câu 2 Một đám nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái kích thích mà electron chuyển

động trên quỹ đạo dừng N Khi electron chuyển động về các quỹ đạo dừng bên trong thì quang phổ vạch phát xạ của đám nguyên tử đó có bao nhiêu vạch?

Câu 3 Gọi ,  là bước sóng ứng với hai vạch H và H trong dãy Banme; 1 là bước sóng của vạch đầu tiên (vạch có bước sóng dài nhất) trong dãy Pasen Ta có:

A

1

.

   B

1

.

    C. 1    . D  1   .

Câu 4 Chọn câu đúng.

Trạng thái dừng là

A trạng thái elctron không chuyển động xung quanh hạt nhân

B trạng thái hạt nhân không dao động

C trạng thái đứng yên của nguyên tử

D trạng thái ổn định của hệ thống nguyên tử

Câu 5 Quang phổ của hiđrô gồm 4 vạch sáng trong vùng ánh sáng nhìn thấy và được

đặt là H , H, H, H Vạch quang phổ nào trên có màu lam?

đặt là H , H, H, H Vạch quang phổ nào trên có màu tím?

đặt là H, H, H, H thuộc dãy quang phổ nào?

Câu 8 Xét các chuyển dời trạng thái của nguyên tử hiđrô kể sau đây:

I về trạng thái có năng lượng E1 (trạng thái cơ bản)

II về trạng thái có năng lượng E2

Trang 9

III về trạng thái có năng lượng E3

IV về trạng thái có năng lượng khác A, B, C

Các vạch quang phổ dãy Pasen được phát ra do sự chuyển dời nào nêu trên?

Các vạch quang phổ dãy Banme được phát ra do sự chuyển dời nào nêu trên?

Các vạch quang phổ dãy Laiman được phát ra do sự chuyển dời nào nêu trên?

Câu 11 Năng lượng ion hóa nguyên tử hiđrô có giá tri 13,6eV, bước sóng ngắn nhất

của vạch quang phổ trong dãy Laiman là

Câu 12 Năng lượng của nguyên tử hiđrô được tính bởi công thức E n 13,62 eV

n

= 1; 2; 3; …) Nếu có một số nguyên tử hiđrô ở trạng thái kích thích n = 3 thì khi bức

xạ, các phôtôn sinh ra có thể mang năng lượng

Câu 13 Phát biểu nào sai khi giải thích quang phổ vạch của hiđrô?

A Nguyên tử chỉ tồn tại ở các trạng thái dừng

B Khi được kích thích, nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn

C Nguyên tử ở trạng thái kích thích không bền

D Khi chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng thấp lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, nguyên tử phát ra bức xạ

Câu 14 Đối với nguyên tử hiđrô, các mức năng lượng ứng với các quỹ đạo dừng K,

M có giá trị lần lượt là: -13,6eV; -1,51eV Cho h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s và e =

có thể phát ra bức xạ có bước sóng

Câu 15 Năng lượng của electron trong nguyên tử hiđrô được tính theo công thức:

 

2

n

A

n

trong bức xạ của dãy Laiman là 0,1215µm Bước sóng dài nhất của bức xạ trong dãy Pasen là

Trang 10

Câu 16 Bán kính của nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản là r0 khi electron chuyển lên quỹ đạo N thì bán kính quỹ đạo là

Câu 17 Đối với nguyên tử hiđrô, khi electron chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K thì

Câu 18 Cho biết năng lượng ion hóa của nguyên tử hiđrô là Ei = 13,6eV Kích thích

12,5eV Khi hấp thụ năng lượng của electron, các nguyên tử hiđrô chuyển dời tới trạng thái nào?

Câu 19 Năng lượng của nguyên tử hiđrô được tính bởi công thức E n 13,62 eV

n

= 1; 2; 3; …) Các nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản có năng lượng -13,6eV thì hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng -1,51eV Khi các nguyên tử chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn thì sẽ phát ra:

Câu 20: Theo tiên đề của Bo, khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo L

êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng 31 Biểu thức xác định 31 là :

A 31 = 32 - 21 B 32 21

31

32 21

 





31

21 32

 





Câu 21: Khi êlectron ở quỹ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử hiđrô được

13,6

n

E

n

hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng n = 3 sang quỹ đạo dừng n = 2 thì nguyên tử hiđrô phát

ra phôtôn ứng với bức xạ có bước sóng bằng

Câu 22: Theo mẫu nguyên tử Bo, bán kính quỹ đạo K của êlectron trong nguyên tử

bớt

Câu 23: Năng lượng của nguyên tử hiđrô được tính theo công thức 2

13,6

n

E

n

= 1, 2, 3,…) Trong quang phổ của hiđrô tỉ số giữa bước sóng của vạch quang phổ ứng với dịch chuyển từ n = 2 về n = 1 và bước sóng của vạch quang phổ ứng với dịch chuyển từ n = 3 về n = 2 là

Trang 11

Câu 24: Theo thuyết Bo, trong nguyên tử hiđrô, khi một electron chuyển từ quỹ đạo

bán kính ra sang quỹ đạo bán kính rb với ra > rb, thì trong quá trình đó

A nguyên tử phát ra một phôtôn có bước sóng bằng h(ra – rb)

1 1

a b

h

r r



a b

h

r  r

D nguyên tử phát ra một phôtôn có bước sóng xác định

E BÀI TẬP TỰ LUẬN

Bài 1 Áp dụng các tiên đề của Bo và định luật Cu-lông về lực tương tác tĩnh điện, hãy

thiết lập biểu thức của:

a Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electron trong nguyên tử H

b Năng lượng của electron ở quỹ đạo dừng thứ n trong nguyên tử H

4

n

h n r

mke





b n 2 2 22 2 4

m k e E

h n





Bài 2 Một bức xạ thuộc vùng tử ngoại của nguyên tử H có bước sóng 1,28µm Hãy

xác định trạng thái đầu và cuối của sự chuyển dời electron đã phát ra bức xạ này

ĐS: n2 = 5; n1 = 3

F ĐÁP ÁN CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM & HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT

Đáp

Câu 1 Ta có

1

;

L K

hc

E E

hc

E E

Laiman là  3 thì

E E

1 2

 

  

 Chọn đáp án A

Hoặc áp dụng công thức:

31 32 21

21 32

.

 

  

Câu 2 Nếu electron đang chuyển động trên quỹ đạo dừng N thì nó có thể chuyển

,

đang ở trạng thái kích thích n = 4 gồm 6 vạch

Hoặc áp dụng công thức:

Trang 12

2

n n 

= 6

 Chọn đáp án D

Câu 3 Áp dụng công thức:

42 43 32

43 42 32

    Hay

1

.

   

 Chọn đáp án B

Câu 4 Trạng thái dừng là trạng thái ổn định của hệ thống nguyên tử.

Câu 5 Vạch quang phổ có màu lam là H

Câu 6 Vạch quang phổ có màu tím là H

đặt là H, H, H, H thuộc dãy Banme

Câu 8

 Chọn đáp án C

Câu 9

Câu 10

Câu 11 Bước sóng ngắn nhất của dãy Laiman tương ứng với dịch chuyển từ trạng

thái có mức năng lượng cao nhất (n = ) về trạng thái cơ bản (n = 1)

    

suy ra

34 8

6 19

6,625.10 3.10

0,0913.10 0,0913 13,6.1,6.10

i

hc

E



Câu 12 – khi nguyên tử hiđrô chuyển từ trạng thái n = 3 đến trạng thái n = 2 thì nó

13,6 13,6 ( ) 1,89

– khi nguyên tử hiđrô chuyển từ trạng thái n = 3 đến trạng thái n = 1 thì nó

13,6 13,6 ( ) 12,09

– khi nguyên tử hiđrô chuyển từ trạng thái n = 2 đến trạng thái n = 1 thì nó

13,6 13,6 ( ) 10, 2

Câu 13.

Câu 14 Khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng M về quỹ đạo K, thì nguyên tử hiđrô có

thể phát ra bức xạ có bước sóng

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	424,5 KB