18.3氫原子光譜波爾原子模型解析課件

1、 氫原子光譜波爾原子模型zxxk第1頁，共44頁。早在17世紀，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的彩色光帶叫做光譜第2頁，共44頁。一、光譜光譜是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強度分布的記錄。有時只是波長成分的記錄。發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜和線狀譜。1.發(fā)射光譜物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。第3頁，共44頁。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原子的特征譜線。第4頁，共44頁。（1）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。 熾熱的固體、液體及高壓氣體的光譜，是由連續(xù)分布的一

2、切波長的光組成的，這種光譜叫做連續(xù)光譜。zxxk第5頁，共44頁。2）線狀譜只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜。各條譜線對應(yīng)不同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。利用特征譜線進行光譜分析，靈敏度高10-10g高壓電源光譜管第6頁，共44頁。平行光管標度管三棱鏡觀察管分光鏡第7頁，共44頁。分光鏡原理分析標度管zxxk第8頁，共44頁。吸 收 光 譜鈉蒸氣光譜中產(chǎn)生的一組暗線，每條暗線的波長都跟那種氣體原子的特征譜線相對應(yīng)。第9頁，共44頁。（3）吸收光譜 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。這表明，低溫氣

3、體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線與明線相對應(yīng)，也是原子的特征譜線。太陽的光譜是吸收光譜。第10頁，共44頁。各種光譜連續(xù)光譜H的發(fā)射光譜鈉的發(fā)射光譜鈉的吸收光譜太陽的吸收光譜第11頁，共44頁。氫 氣 的 吸 收 光 譜氫氣zxxk第12頁，共44頁。 光 譜發(fā)射光譜定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜連續(xù)光譜產(chǎn)生條件：熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā) 光形成的光譜的形式：連續(xù)分布，一切波長的光都有線狀光譜（原子光譜）產(chǎn)生條件：稀薄氣體發(fā)光形成的光譜光譜形式：一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）吸收光譜定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后

4、產(chǎn)生的光譜產(chǎn)生條件：熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的光譜形式：用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線（與特征譜線相對應(yīng)） 各種光譜的特點及成因：第13頁，共44頁。（4）光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定的化學組成。這種方法叫做光譜分析。 原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。研究太陽高層大氣層所含元素第14頁，共44頁。氫原子光譜實驗規(guī)律 實驗裝置zxxk第15頁，共44頁。分光鏡原理分析標度管第16頁，共44頁。光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確

5、定的化學組成。這種方法叫做光譜分析。 原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。 案例：利用太陽光的吸收光譜可以研究太陽高層大氣層所含元素。第17頁，共44頁。光譜分析的技術(shù)在科學研究中有廣泛的應(yīng)用，一種元素在樣品中的含量即使很少，也能觀察到它的光譜因此光譜分析可以用來確定樣品中包含哪些元素，這種方法非常靈敏，利用光譜還能確定遙遠星球的物質(zhì)成分zxxk第18頁，共44頁。 漆碗：第三文化層（距今65006000年）利用紅外光分析其表面，其光譜圖和馬王堆漢墓出土漆皮的裂解光譜圖相似第19頁，共44頁。 X射線照射激發(fā)熒光，通過分析熒光判斷越王勾踐寶劍的成分

6、第20頁，共44頁。2. 氫原子的光譜圖可見光區(qū)特點1.幾種特定頻率的光2.光譜是分立的亮線第21頁，共44頁。三、盧瑟福模型的困難原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾核外電子繞核運動輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化事實上：原子是穩(wěn)定的原子光譜是線狀譜盧瑟福原子核式模型無法解釋氫原子光譜的規(guī)律。zxxk第22頁，共44頁。玻爾（18851962）玻爾的原子模型 4 3 2 1 E4E3E2E1定態(tài)假設(shè)躍遷假設(shè)4 3 2 1 E4E3E2E1軌道假設(shè)4 3 2 1h=E初 E未En=rn=n2r1第23頁，共44頁。四、氫原子的能級圖：-13.6-3.4-1.51-

7、0.85-0.540 eVnE第24頁，共44頁。 1、能級：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫它的能級。 2、基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子在離核最近的軌道上運動，這種定態(tài)叫基態(tài)。 3、激發(fā)態(tài)：除基態(tài)以外的能量較高的其他能級，叫做激發(fā)態(tài)。 4、原子發(fā)光現(xiàn)象：原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程，是輻射能量的過程，這個能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。五、能級：zxxk第25頁，共44頁。巴耳末的研究瑞士中學數(shù)學教師第26頁，共44頁。氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。二、氫原子光譜第27頁，共44頁。電子云第28頁，共44頁。巴耳末公式N 6 的符合巴耳

8、末公式的光譜線（大部分在紫外區(qū)）巴耳末系人們把一系列符合巴耳末公式的光譜線統(tǒng)稱為巴耳末系適用區(qū)域：可見光區(qū)、紫外線區(qū)第29頁，共44頁。氫原子光譜的其他線系萊曼線系 紅外區(qū)還有三個線系帕邢系布喇開系普豐特系紫外線區(qū)zxxk第30頁，共44頁。 氫原子光譜不是不相關(guān)的，而是有內(nèi)在聯(lián)系的。表現(xiàn)在其波數(shù)可用一普遍公式來表示：其中對應(yīng)一個m構(gòu)成一個譜線系每一譜線的波數(shù)都等于兩項的差數(shù)令稱為光譜項。第31頁，共44頁。第32頁，共44頁。18-4.波爾的原子模型zxxk第33頁，共44頁。學習目標: 1、了解玻爾理論產(chǎn)生的背景； 2、理解和掌握玻爾理論內(nèi)容、意義； 3、理解定態(tài)（基態(tài)和激發(fā)態(tài)）、量子化、

9、能級、躍遷的概念，理解氫原子的能級圖。第34頁，共44頁。一、玻爾提出原子模型的背景： 盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學說很好地解釋了a粒子的散射實驗，初步建立了原子結(jié)構(gòu)的正確圖景，但跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾。第35頁，共44頁。 1、原來，電子沒有被庫侖力吸引到核上，它一定是以很大的速度繞核運動，就象行星繞著太陽運動那樣。按照經(jīng)典理論，繞核運動的電子應(yīng)該輻射出電磁波，因此它的能量要逐漸減少。隨著能量的減少，電子繞核運行的軌道半徑也要減小,于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核，就像繞地球運動的人造衛(wèi)星受到上層大氣阻力不斷損失能量后要落到地面上一樣。 這樣看來，原子應(yīng)當是不穩(wěn)定的，然而實際上并不是這樣。

10、第36頁，共44頁。 2、同時，按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核運行時輻射電磁波的頻率應(yīng)該等于電子繞核運行的頻率，隨著運行軌道半徑的不斷變化，電子繞核運行的頻率要不斷變化，因此原子輻射電磁波的頻率也要不斷變化。這樣，大量原子發(fā)光的光譜就應(yīng)該是包含一切頻率的連續(xù)譜。 以上矛盾表明，從宏觀現(xiàn)象總結(jié)出來的經(jīng)典電磁理論不適用于原子這樣小的物體產(chǎn)生的微觀現(xiàn)象。為了解決這個矛盾，1913年玻爾在盧瑟福學說的基礎(chǔ)上，把普郎克的量子理論運用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。zxxk第37頁，共44頁。第38頁，共44頁。二、玻爾理論的主要內(nèi)容： 1、原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖

11、然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。 2、原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E初）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為E終）時，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即E初 E終. h v= 3、原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。第39頁，共44頁。 三、玻爾計算出氫的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運動時的能量（包括動能和勢能）公式：rn=n2 r1軌道半徑：（n=1,2,3)能 量： En=n21E1（n=1,2,3) 式中r1 ( r1 =0.531010m )、E1 ( E1

12、=13.6eV)、分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運動時的能量，rn、En 分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運動時的能量，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。第40頁，共44頁。例1、對玻爾理論的下列說法中，正確的是（ ） A、繼承了盧瑟福的原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè) B、對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運動的電荷要輻射電磁波”的觀點提出了異議 C、用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系 D、玻爾的兩個公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學計算出來的ABCDzxxk第41頁，共44頁。2、下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（ ） A、原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量 B、原子中，雖然核外電子不斷做加速運動，但只要能量狀態(tài)不改變，就會向外輻射能量 C、原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射一定頻率的光子 D、原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的C第42頁，共44頁。3、根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說法中正確的是（ ）A、電子軌道半徑越大 B、核外電子的速率越大C、氫原子能級的能量越大 D、核外電子的電勢能越大4、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運動的半徑（ ）A、可以