氫原子光譜與玻爾的原子模型

氫原子光譜與玻爾的原子模型復習回顧1、湯姆生通過陰極射線管，發(fā)現了電子并測出其荷質比。2、盧瑟福根據α粒子散射實驗得出了原子的核式結構模型。氫原子光譜早在17世紀，牛頓就發(fā)現了日光通過三棱鏡后的色散現象光譜，全稱是光學頻譜，是復色光通過色散系統(tǒng)（如光柵、棱鏡）進行分光后，依照光的波長（或頻率）的大小順次排列形成的圖案。一、什么是光譜？連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜。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。

連續(xù)光譜：是否所有物質發(fā)的光都是這樣的光譜？連續(xù)光譜：觀察氫原子的光譜實驗：1.裝置：高壓發(fā)生器2~3kv氫氣光譜管分光鏡2、氫氣發(fā)光時的光譜氫原子光譜有什么特點？思考與討論明線光譜：只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應不同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，所以也叫原子的光譜。實踐證明，原子不同，發(fā)射的明線光譜也不同，每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，因此明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。2、氫氣發(fā)光時的光譜光譜特點：1.不連續(xù)，只是些亮線組成2.不同色，每種顏色對應著一種波長3.不等距，相鄰兩種光的波長間距不相同發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜和明線光譜。物體發(fā)光直接產生的光譜叫做發(fā)射光譜。1.發(fā)射光譜：2.吸收光譜：成因：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）通過物質時，某些波長的光被物質吸收后產生的光譜，叫做吸收光譜。特點：在連續(xù)光譜上缺失了某些成份的光3.發(fā)射光譜與吸收光譜的對應關系：二、光譜分類各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應。這表明，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。因此吸收光譜中的暗譜線，也是原子的特征譜線。太陽的光譜是吸收光譜。4.光譜分析及應用

由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據光譜來鑒別物質和確定的物質的化學組成。這種方法叫做光譜分析。（1）檢測半導體材料硅和鍺等的純度（2）發(fā)現新元素（3）利用光譜分析可以研究天體的物質成分（4）利用光譜分析可以研究原子結構關于光譜和光譜分析的下列說法正確的是()A．日光燈產生的光譜是連續(xù)光譜B．太陽光譜中的暗線說明太陽上缺少與這些暗線相對應的元素C．我們能通過光譜分析鑒別月球的物質成份D．連續(xù)光譜是不能用來作光譜分析的反饋練習D氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。紅綠三、氫原子光譜的實驗規(guī)律巴末耳（瑞士中學數學老師）的研究巴耳末公式N>6的符合巴耳末公式的光譜線（大部分在紫外區(qū)，看不見）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)－1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)19世紀末20世紀初，人類叩開了微觀世界的大門，物理學家根據研究提出了關于原子結構的各種模型，盧瑟福的核式結構模型能夠很好的解釋實驗現象，得到了多數人的支持，但是與經典的電磁理論發(fā)生了矛盾．著名的粒子散射實驗四、經典的電磁理論的困難

按照經典物理學的觀點去推斷，在軌道上運動的電子帶有電荷，運動中要輻射電磁波，電子損失了能量，其軌道半徑不斷縮小，最終落在原子核上．由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率也會連續(xù)變化．事實上，原子是穩(wěn)定的，輻射電磁波的頻率也只是某些確定的值．四、經典的電磁理論的困難

人們早在了解原子內部結構之前就已經觀察到了氣體光譜，不過那時候無法解釋為什么氣體光譜只有幾條互不相連的特定譜線玻爾的原子模型1、圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數值，這些現象叫做軌道量子化；2、不同的軌道對應著不同的狀態(tài)，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構假說玻爾五、玻爾的原子結構假說玻爾理論的基本假設能量量子化假設：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，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)現象：氫原子光譜是分立(線狀)的，原子是穩(wěn)定的.設想：原子內部的能量也是不連續(xù)的。1913年丹麥物理學家玻爾在盧瑟福核模型基礎上，結合普朗克量子假設和原子光譜的分立性，提出假設：玻爾理論的基本假設能級的躍遷假設:

當原子從一種定態(tài)躍遷道另一種定態(tài)時，它要發(fā)射(或吸收)一定頻率的光子.光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即

hv=E初-E末E初>E末

發(fā)射光子，E初<E末吸收光子hvEnEmhvEmEn光子的發(fā)射和吸收軌道量子化假設：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。原子的能量狀態(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。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定態(tài)稱為基態(tài)。激發(fā)態(tài)：當電子受到外界激發(fā)時，可從基態(tài)遷到較高的能級E2，E3…上，這些能級對應的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(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的形色向外輻射，這就是氫原子發(fā)光的現象。原子輻射出的光子的能量等于兩能級間的能量差。氫原子的能級能級：原子的各個定態(tài)的能量值就叫做它的能級基態(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定態(tài)稱為基態(tài)。激發(fā)態(tài)：當電子受到外界激發(fā)時，可從基態(tài)遷到較高的能級E2，E3…上，這些能級對應的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(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的形色向外輻射，這就是氫原子發(fā)光的現象。原子輻射出的光子的能量等于兩能級間的能量差。電子軌道能級基態(tài)激發(fā)態(tài)原子在始、末兩個能級Em和En（Em>En）間躍遷時發(fā)射光子的頻率可以由下式決定：光子的發(fā)射和吸收玻爾從上述假設出發(fā)，利用庫侖定律和牛頓運動定律，計算出了氫的電子可能的軌道半徑和對應的能量．氫原子能級六、玻爾理論對氫光譜的解釋１２３４５n∞以無窮遠處為參考位置0eV10.2eV12.1eV12.8eV吸收能量放出能量氫原子能級結構En-3.4eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0eV-13.6eV賴曼系普豐德系布喇開系帕邢系巴耳末高能級低能級例題：用12.75eV的光子照射一群基態(tài)的氫原子。(1)試確定氫原子所能達到的能級；(2)所處能級自發(fā)地向較低的能級躍遷的過程中，最多可放出多少條頻率不同的光譜線？解：（1）n=4n=1n=2n=4n=3（2）6條氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道過程中()A．原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大，原子的能量增大B．原子要放出光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小，原子的能量也減小C．原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小，原子的能量增大D．原子要吸收光子，電子的動能減小，原子的電勢能增大，原子的能量增加反饋練習D夫蘭克—赫茲實驗歷史背景及意義:1911年，盧瑟福根據α粒子散射實驗，提出了原子核式結構模型。1913年，玻爾將普朗克量子假說運用到原子核式結構模型，建立了與經典理論相違背的兩個重要概念：原子定態(tài)能級和能級躍遷概念。電子在能級之間躍遷時伴隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差。隨著英國物理學家埃萬斯對光譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨立的實驗方法的驗證。隨后，在1914年，德國科學家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法(與光譜研究相獨立)，簡單而巧妙地直接證實了原子能級的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據。夫蘭克—赫茲實驗（1914）實驗裝置K極G極電壓VG極加反向電壓P極熱陰極柵極VAKGP接受極電子在其中的運動簡單描述:從熱陰極K發(fā)出,經UGK電場加速運動到柵極G；由于接受極電壓小于柵極電壓，電子在G—>P過程中將減速；只有到G極的電子具有較大能量時，才可以克服反電場UPG到達接受極板P，從而才可能通過回路，形成電流。因此回路中的電流依賴于電子運動到柵極后的能量。（1）調節(jié)UGK兩端電壓，回路中電流將增加。（單調關系）（2）容器內充滿氣體又如何？(1)改變V，到達P極的電子增加。(2)V=4.9v后，形成一峰值(3)每隔V=4.9v，就有一峰值出現。為什么?051015100200300（V）實驗結果:熱陰極柵極VAKGP接受極汞蒸氣獲得1925年諾貝爾物理學獎汞原子選擇吸收，其內存在一個能量為4.9eV的量子態(tài)。電子能量小于4.9eV時，電子碰撞汞原子時其能量幾乎沒有損失。電子能量=4.9eV？=2*4.9eV

？…

玻爾理論成功的解釋并預言了氫原子輻射的電磁波的