Giáo án chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 9: Quang phổ vạch của nguyên tử

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu tiên đề về trạng thái dừng

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu: Để giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự xuất hiện quang phổ vạch của nguyên tử hydrogen, dựa trên các ý tưởng về lượng từ năng lượng của Planck, nhà vật lí người Đan Mạch Niels Bohr đã phát triển mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford và đưa ra hai tiên đề, được gọi là hai tiên để Bohr.

- HS tìm hiểu về Tiên đề về trạng thái dừng.

+ Nêu tiên đề về trạng thái dừng.

+ Thế nào là trạng thái cơ bản, trạng thái kích thích của nguyên tử?

+ Mô tả các mức năng lượng của nguyên tử hyrogen.

- HS trả lời câu hỏi Thảo luận 1 (SCĐ.55)

 Sử dụng sơ đồ ở Hình 9.3, tính năng lượng cần thiết để nguyên từ hydrogen chuyển từ trạng thái cơ bản đến trạng thái có năng lượng bằng 0 (năng lượng ion hoá nguyên tử).

-  GV hướng dẫn HS tìm hiểu mục Mở rộng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận

* Trả lời Thảo luận 1 (SCĐ – tr55)

Dựa vào sơ đồ, ta có: và (tương ứng với trạng thái electron đã được ion hoá). Do đó, năng lượng cần thiết để ion hoá nguyên tử hydrogen ở trạng thái cơ bản là:

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về tiên đề về trạng thái dừng.

1. CÁC TIÊN ĐỀ BOHR

.

1.1. Tiên đề về trạng thái dừng

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

- Trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất của nguyên tử được gọi là trạng thái cơ bản, các trạng thái dừng có năng lượng cao hơn được gọi là trạng thái kích thích.

- Nguyên tử hydrogen:

+ Electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân trên các quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định, gọi là quỹ đạo dừng, có tên là K, L, M, N,..., tương ứng với trạng thái cơ bản, trạng thái kích thích thứ nhất, thứ hai, thứ ba,...

+ Năng lượng của nguyên tử hydrogen cũng chỉ nhận các giá trị gián đoạn, được biểu diễn bởi các vạch thẳng, ngang, gọi là mức năng lượng. 

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu tiên đề về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS tìm hiểu và trình bày:

Cơ chế hấp thụ, bức xạ năng lượng của nguyên tử. 

- HS trả lời câu Luyện tập (SCĐ.56)

Quan sát các mức năng lượng của nguyên tử hydrogen ở Hình 9.3 và cho biết nếu cung cấp một năng lượng bằng 12,09 eV cho nguyên tử hydrogen đang ở trạng thái cơ bản thì nguyên tử này sẽ chuyển lên trạng thái kích thích tương ứng với mức năng lượng nào. Sau đó, nguyên tử hydrogen có thể phát xạ các photon có bước sóng bằng bao nhiêu?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận

* Gợi ý  Luyện tập (SCĐ – tr56)

Ta có:

.

Dựa vào sơ đồ ở Hình 9.3, ta thấy nguyên tử hydrogen sẽ chuyển lên trạng thái có năng lượng E₃ (quỹ đạo M).

Khi nguyên tử này chuyển về các mức năng lượng thấp hơn sẽ có thể phát xạ các photon có bước sóng sau:

+) nm.

+) nm.

+) nm.

Sơ đồ chuyển mức năng lượng của nguyên tử hydrogen trong trường hợp này được minh họa như sau:

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về tiên đề về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử.

1.2. Tiên đề về sự phát 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 thấp hơn thì nguyên tử phát xạ một photon (Hình 9.4a) có năng lượng bằng: (9.3)

Trong đó, và lần lượt là tần số và bước sóng của bức xạ điện từ chứa photon này.

-  Nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E_m mà hấp thụ được một lượng tử năng lượng có độ lớn đúng bằng thì nguyên tử sẽ chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng E_n cao hơn (Hình 9.4b).

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS làm việc theo nhóm để thực hiện các nhiệm vụ:

+ Nhóm 1: Tìm hiểu về quang phổ liên tục.

+ Nhóm 2: Tìm hiểu về quang phổ vạch phát xạ. Trả lời câu Thảo luận 2.

Quan sát Hình 9.1 và 9.6, so sánh quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydrogen và neon về số lượng vạch.

+ Nhóm 3: Tìm hiểu về quang phổ vạch hấp thụ. Trả lời câu Thảo luận 3.

So sánh số vạch và vị trí của các vạch phổ phát xạ (Hình 9.7a) và các vạch phổ hấp thụ (Hình 9.7b) của nguyên tử hydrogen.

- Sau khi kết thúc thời gian làm việc, các nhóm hoàn thành và lần lượt chuyển sản phẩm cho nhóm khác theo 2 vòng để tiến hành đánh giá đồng đẳng

+ Vòng 1: Nhóm 1 - Nhóm 2, Nhóm 2 → Nhóm 3, Nhóm 3 → Nhóm 1.

+ Vòng 2: Nhóm 2 → Nhóm 3, Nhóm 3 → Nhóm 1, Nhóm 1 - Nhóm 2.

Sau khi kết thúc thời gian nhận xét, lần lượt từng nhóm trình bày sản phẩm thảo luận.

…………………..

2. CÁC LOẠI QUANG PHỔ

2.1. Quang phổ liên tục

- Quang phổ liên tục gồm nhiều dải màu nối liền nhau một cách liên tục. Ví dụ: quang phổ của ánh sáng trắng phát ra bởi Mặt Trời (Hình 9.5).

- Nguồn phát quang phổ liên tục: các chất rắn, lỏng và khí (ở áp suất cao) được nung nóng.

- Tính chất của quang phổ liên tục:

+ Không phụ thuộc vào bản chất của vật phát sáng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.

+ Khi nhiệt độ của vật tăng thì độ sáng của quang phổ cũng tăng, miền quang phổ mở rộng dần từ bức xạ điện từ có bước sóng dài sang bức xạ điện từ có bước sóng ngắn.

2.2. Quang phổ vạch phát xạ

- Quang phổ vạch phát xạ gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối (Hình 9.1 và 9.6).

- Nguồn phát quang phổ vạch phát xạ: các chất khí hoặc hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích (khi được nung nóng hoặc khi có dòng điện phóng qua).

- Tính chất của quang phổ vạch phát xạ: 

+ Các nguyên tử ứng với các nguyên tố khác nhau phát ra các quang phổ vạch khác nhau về số lượng vạch, màu sắc, vị trí của các vạch và cường độ sáng của các vạch đó. Do đó, quang phổ vạch phát xạ đặc trưng cho mỗi nguyên tố.

…………………..