氫原子光譜yao3

1、 粒子散射的實驗使我們知道原子粒子散射的實驗使我們知道原子具有核式結(jié)構(gòu)具有核式結(jié)構(gòu), ,但電子在核的周圍但電子在核的周圍怎樣運動怎樣運動? ?它的能量怎樣變化它的能量怎樣變化? ?這些這些還要通過其他事實認識還要通過其他事實認識. .原子中，電子軌道是怎樣的？原子中，電子軌道是怎樣的？研究途徑：研究途徑：光譜光譜第三節(jié) 氫原子光譜 早在早在1717世紀，牛世紀，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的并把實驗中得到的彩彩色光帶色光帶叫做叫做光譜。光譜。一、光譜一、光譜 用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得

2、光的波長（頻率）成分和強度分布的記錄，光的波長（頻率）成分和強度分布的記錄，即即光譜光譜。有時只是波長成分的記錄。有時只是波長成分的記錄。1.1.發(fā)射光譜：發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。發(fā)射光譜。連續(xù)光譜 A 由波長連續(xù)分布的光組成的連在一起的光帶叫連續(xù)光譜。 特點：光譜看起來不是一條條分立的譜線， 而是連在一起的光帶。 B 熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。 例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。 明線光譜明線光譜A A 只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做叫做明線光譜明線光譜。明線光譜中

3、的亮線叫明線光譜中的亮線叫譜線譜線，各條譜線對應不同波長的光。，各條譜線對應不同波長的光。B B 稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。是明線光譜。C C 各種原子的發(fā)射光譜各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜。都是線狀譜。 各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，明線光譜的譜線也叫明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線原子的特征譜線。 高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質(zhì)時，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。2 吸收光譜吸收光譜中的暗譜線與發(fā)射光譜中明譜線相對應。吸收光譜中的暗譜線

4、與發(fā)射光譜中明譜線相對應。低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光。光。也是原子的特征譜線。也是原子的特征譜線。太陽的光譜是太陽的光譜是吸收光譜吸收光譜。光譜分析：光譜分析： 1 1、光譜分析：每一種元素都有自己的特征譜線，因此可以根、光譜分析：每一種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)鑒別物質(zhì)和和確定它的化學組成確定它的化學組成。這種方法叫做光譜分析。這種方法叫做光譜分析。 2 2、光譜分析的的原理：、光譜分析的的原理： 利用利用發(fā)射光譜中的明線光譜發(fā)射光譜中的明線光譜和和吸收光譜吸收光譜。3 3、光譜分

5、析的優(yōu)點：非常靈敏而且迅速。、光譜分析的優(yōu)點：非常靈敏而且迅速。 樣本中一種元素的含量達到樣本中一種元素的含量達到10-10g時就可以被檢測到。時就可以被檢測到。 4 4、光譜分析的應用：、光譜分析的應用： 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)新元素新元素和研究天體的和研究天體的化學組成化學組成。二、氫原子光譜的實驗規(guī)律二、氫原子光譜的實驗規(guī)律巴末耳公式巴末耳公式原子中，電子軌道是怎樣的？經(jīng)典理論的困難經(jīng)典理論的困難人教版人教版物理物理選修選修3-5否定否定建立建立否定否定建立建立否定否定建立建立出現(xiàn)矛盾出現(xiàn)矛盾1、圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這些現(xiàn)象叫做軌道量子化；2、不同的軌道對應著不同的狀態(tài)，

6、在這些狀態(tài)中，盡管電子在做變速運動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的；3、原子在不同的狀態(tài)之中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。1913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說玻玻爾爾一、玻爾提出原子模型的背景： 1 1、原子的穩(wěn)定性、原子的穩(wěn)定性 2 2、原子光譜的分立特征、原子光譜的分立特征針對原子穩(wěn)定性提出針對原子穩(wěn)定性提出m rv 原子在不同的軌道上原子在不同的軌道上運動時，原子處于不同運動時，原子處于不同的狀態(tài)波爾指出，原的狀態(tài)波爾指出，原子的子的不同的狀態(tài)中具有不同的狀態(tài)中具有不同的能量不同的能量，所以原子，所以原子的的能量也是量子化的。能量也是量子化的。針對原子核式模型提出針對

7、原子核式模型提出, ,是對是對軌道量子化的補充軌道量子化的補充能級圖能級圖基基態(tài)態(tài)激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)（電子克服庫侖引力做功電勢（電子克服庫侖引力做功電勢增大增大能，能，原子的能量增加）原子的能量增加）（電子所受庫侖力做正功電勢能（電子所受庫侖力做正功電勢能減減小小，原子的能量減少），原子的能量減少）光子的發(fā)射和吸收光子的發(fā)射和吸收n EnEm當電子從能量較高的定態(tài)軌道當電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為（其能量記為m m）躍遷到能量）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為較低的定態(tài)軌道（能量記為n n，mnmn）時，會放出能量為）時，會放出能量為h h的的光子（光子（h h是普朗克常量），這個是普朗克

8、常量），這個光子的能量由前后兩個能級的光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，能量差決定，即即h hm m- -n n稱為頻率條件，又稱輻射條件稱為頻率條件，又稱輻射條件12rnrn)6 .13(1112eVEEnEn3 , 2 , 1nmr1011053. 0氫原子的能級圖（演示）13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVn三、原子能級躍遷問題 1 1躍遷時電子動能、原子電勢能與原躍遷時電子動能、原子電勢能與原子能量的變化子能量的變化 當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能原子的電勢能E Ep p減小，電子動能增大，減小，電子動能增大，原子

9、能量減小反之，軌道半徑增大時，原子能量減小反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大能量增大 2 2使原子激發(fā)的兩種粒子一光子與實物粒子使原子激發(fā)的兩種粒子一光子與實物粒子 (1)(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到吸收，不存在激發(fā)到n n能級時能量有余，而激發(fā)能級時能量有余，而激發(fā)到到n+1n+1時能量不足，則可激發(fā)到時能量不足，則可激發(fā)到n n能級的問題能級的問題 (2)(2)原子還可吸收外來實物

10、粒子原子還可吸收外來實物粒子( (例如自由電例如自由電子子) )的能量而被激發(fā)，由于實物粒子的動能可全的能量而被激發(fā)，由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值量大于或等于兩能級的能量差值(E=En-Ek)(E=En-Ek)，均，均可使原子發(fā)生能級躍遷可使原子發(fā)生能級躍遷3. 一群原子和一個原子的躍遷問題 氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種

11、情況出現(xiàn) 對于量子數(shù)為對于量子數(shù)為n的一群氫原子，向的一群氫原子，向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為產(chǎn)生的譜線條數(shù)為N= 2) 1( nn4. 躍遷與電離的問題躍遷與電離的問題 原子躍遷時不管是吸收還是輻射光子，原子躍遷時不管是吸收還是輻射光子，其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量其光子的能量都必須等于這兩個能級的能量差若想把處于某一定態(tài)上的原子的電子電差若想把處于某一定態(tài)上的原子的電子電離出去，就需要給原子一定的能量如基態(tài)離出去，就需要給原子一定的能量如基態(tài)氫原子電離，其電離能為氫原子電離，其電離能為13.6 eV，只要能量，只要能量等于或大于等

12、于或大于13.6 eV的光子都能被基態(tài)氫原子的光子都能被基態(tài)氫原子吸收而電離，只不過入射光子的能量越大，吸收而電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的電子具有的動能越大原子電離后產(chǎn)生的電子具有的動能越大 1 1、氫原子輻射出光子后、氫原子輻射出光子后, ,根據(jù)玻爾理論根據(jù)玻爾理論, ,下列說下列說法中正確的是法中正確的是( )( )A.A.電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑變小電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑變小B.B.氫原子的能量增加氫原子的能量增加C.C.氫原子的電勢能增加氫原子的電勢能增加D.D.氫原子核外電子的速率增大氫原子核外電子的速率增大達標練習達標練習2、欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列、欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是措施可行的是A.用用10.2 eV的光子照射的光子照射 B.用用11 eV的光子照射的光子照射C.用用14 eV的光子照射的光子照射D.用用11 eV的電子碰撞的電子碰撞3、處于基態(tài)的氫原子在某單色光的照射下，、處于基態(tài)的氫原子在某單色光的照射下，只能發(fā)出頻率為只能發(fā)出頻率為v1、v2、v3的三種光，的三種光，且且v1v2v3,則該單色光的能量為（則該單色光的能量為（ ）A.hv1 B.hv2C.hv3 D.h(v1+v2+v3)玻爾理論玻爾理論的解釋了氫原子光