氫原子光譜和波爾的原子模型人教版【知識架構(gòu)+對點(diǎn)訓(xùn)練】 高二物理備課精研提升

4.4氫原子光譜和波爾的原子模型基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、氫原子光譜和玻爾的原子模型（一）光譜1．定義：用棱鏡或光柵把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(頻率)展開，獲得波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄。2．分類(1)線狀譜：光譜是一條條的亮線；(2)連續(xù)譜：光譜是連在一起的光帶。3．特征譜線：氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光，不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率不一樣，光譜中的亮線稱為原子的特征譜線。（二）氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。2．氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律滿足巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)式中R為里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1，n取整數(shù)。3．巴耳末公式的意義：以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜的特征。（三）經(jīng)典理論的困難1．核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。2．經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立線狀譜。（四）玻爾原子理論的基本假設(shè)1．軌道量子化(1)原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)；(2)電子運(yùn)行軌道的半徑不是任意的，也就是說電子的軌道是量子化的(填“連續(xù)變化”或“量子化”)；(3)電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射；2．定態(tài)(1)當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量．電子只能在特定軌道上運(yùn)動(dòng)，原子的能量只能取一系列特定的值．這些量子化的能量值叫作能級；(2)原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)．能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。3．頻率條件當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em，m＜n)時(shí)，會放出能量為hν的光子，該光子的能量hν＝En－Em，該式稱為頻率條件，又稱輻射條件。要點(diǎn)二、玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷（一）玻爾理論對氫光譜的解釋1．氫原子能級圖(如圖所示)2．解釋巴耳末公式巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級躍遷之前和躍遷之后所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2。3．解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光：通常情況下，原子處于基態(tài)，非常穩(wěn)定，氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。4．解釋氫原子光譜的不連續(xù)性：原子從較高的能級向低能級躍遷時(shí)放出的光子的能量等于前后兩個(gè)能級之差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。5．解釋不同原子具有不同的特征譜線：不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級各不相同，因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。（二）玻爾理論的局限性1．成功之處：玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；2．局限性：保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)；3．電子云：原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值，我們只能描述某時(shí)刻電子在某個(gè)位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí)，這種圖像就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。要點(diǎn)突破突破一：氫原子光譜和玻爾的原子模型1．光譜的分類2．太陽光譜特點(diǎn)在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜產(chǎn)生原因陽光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時(shí)，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達(dá)地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了明亮背景下的暗線3.光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－13kg；(2)應(yīng)用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質(zhì)成分；(3)用于光譜分析的光譜：線狀光譜和吸收光譜。4．氫原子光譜的特點(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。5．巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，該公式稱為巴耳末公式．式中R叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)值為R∞＝1.10×107m－1。(2)公式中只能取n≥3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長是分立的值。突破二：玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷（一）自發(fā)躍遷與受激躍遷的比較1.自發(fā)躍遷：①由高能級到低能級，由遠(yuǎn)軌道到近軌道．②釋放能量，放出光子(發(fā)光)：hν＝E初－E末．③大量處于激發(fā)態(tài)為n能級的原子可能的光譜線條數(shù)：eq\f(nn－1,2).2.受激躍遷：①由低能級到高能級，由近軌道到遠(yuǎn)軌道；②吸收能量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.光照射,b.實(shí)物粒子碰撞))（二）使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子1.原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，則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n能級時(shí)能量有余，而激發(fā)到n＋1能級時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級的問題．2.原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如，自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的差值，就可使原子發(fā)生能級躍遷．（三）一個(gè)氫原子躍遷和一群氫原子躍遷的區(qū)別1.一個(gè)氫原子躍遷的情況分析①確定氫原子所處的能級，畫出能級圖。②根據(jù)躍遷原理，畫出氫原子向低能級躍遷的可能情況示意圖。2.一群氫原子躍遷問題的計(jì)算①確定氫原子所處激發(fā)態(tài)的能級，畫出躍遷示意圖；②運(yùn)用歸納法，根據(jù)數(shù)學(xué)公式N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)確定躍遷時(shí)輻射出幾種不同頻率的光子；③根據(jù)躍遷能量公式hν＝Em－En(m>n)分別計(jì)算出各種光子的頻率。典例精析題型一：氫原子光譜和玻爾的原子模型例一．下列說法錯(cuò)誤的是（）A．到達(dá)地球表面處的太陽光的光譜是吸收光譜B．一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動(dòng)量時(shí)，它們的德布羅意波波長也相同C．根據(jù)海森伯的不確定性關(guān)系可知，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測定微觀粒子的位置和動(dòng)量D．光的雙縫干涉現(xiàn)象中，可以用光程差與波長的關(guān)系確定屏上某點(diǎn)是亮紋還是暗紋，所以光波不是概率波變式遷移1：如圖所示為氫原子的能級圖，巴耳末系是吸收光子能量的原子進(jìn)入激發(fā)態(tài)（）后返回的量子狀態(tài)時(shí)釋放出的譜線，下列說法正確的是（）A．巴耳末系中的最小頻率與最大頻率之比B．處于能級的氫原子可以吸收能量為的光子C．一個(gè)氫原子從能級向基態(tài)躍遷時(shí)，可發(fā)出6種不同頻率的光子D．氫原子由能級躍遷到能級時(shí)，原子的電勢能增加，產(chǎn)生的電磁波的波長最長題型二：玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷例二．如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可以輻射出多種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時(shí)釋放的光子。下列說法正確的是（）A．最多可放出6種頻率不同的光子，全部屬于巴耳末系B．放出的光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的C．放出的光子可能使逸出功為13eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．用能量為2.56eV的光子照射處于n=2能級的氫原子，可以使它躍遷到n=4能級變式遷移2：如圖所示，為氫原子的能級示意圖：a表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子；b表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子；c表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子。則以下說法正確的是（）A．玻爾的原子能級模型可以解釋所有原子輻射光子的規(guī)律B．若b光可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則a光也一定可以C．若有一個(gè)處于能級的氫原子向低能級躍遷，則該氫原子只能發(fā)出a、b、c三種光子的其中一種D．若有一群處于能級的氫原子向低能級躍遷，則這些氫原子最多可輻射出10種不同頻率的光子強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1．目前世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具就是原子鐘，它是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的，原子鐘是利用原子釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來計(jì)時(shí)的?，F(xiàn)在用在原子鐘里的元素有氫、絕、銣等，其中氫原子的能級圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時(shí)輻射出若干種不同頻率的光，下列說法正確的是（）A．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光頻率最小B．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光能使某金屬電離說明光是粒子C．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．最多可以輻射出6種不同頻率的光2．下列說法正確的是（）A．動(dòng)能相同的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波的波長相同B．一個(gè)氫原子處在n=4的能級，當(dāng)它躍遷到較低能級時(shí)，最多能輻射出3種頻率的光子C．用相同頻率的光在相同的條件下先后照射鋅板和銀板時(shí)均有光電子逸出，逸出的光電子動(dòng)能一定相同D．玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，成功地解釋了氫原子和其他原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3、氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中()A.原子要吸收光子,電子的動(dòng)能增大,原子的電勢能增大B.原子要放出光子,電子的動(dòng)能減小,原子的電勢能減小C.原子要吸收光子,電子的動(dòng)能增大,原子的電勢能減小D.原子要吸收光子,電子的動(dòng)能減小,原子的電勢能增大4、如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)，在自發(fā)躍遷中放出一些光子，用這些光子照射逸出功為的鉀，下列說法正確的是（）A．這些氫原子最多可能發(fā)出4種不同頻率的光B．這些氫原子發(fā)出的所有光子均能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)C．用這些氫原子躍遷放出的光照射金屬鉀，逸出的光電子最大初動(dòng)能一定不大于D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動(dòng)能也隨之減小5、關(guān)于近代物理學(xué)史，下列說法正確的是（）A．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，使人們認(rèn)識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的B．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面C．愛因斯坦最先將能量子概念引入物理學(xué)，使得光電效應(yīng)的理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾迎刃而解D．玻爾最先將能量子概念引入物理學(xué)，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律6、在原子結(jié)構(gòu)的研究方面，科學(xué)家前赴后繼、不斷完善，以下說法錯(cuò)誤的是（）A．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子本身是有結(jié)構(gòu)的B．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”C．玻爾把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說，完全否定了核式結(jié)構(gòu)模型D．玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這說明了玻爾模型也是有局限性的7、以下物理量中，誰屬于“量子化”？（）A．溫度計(jì)測量的溫度 B．天平測量的質(zhì)量C．人所感受到的時(shí)間 D．油滴所帶電荷量8、如圖所示的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是（）A．α粒子與原子中的電子發(fā)生碰撞B．正電荷在原子中均勻分布C．原子中帶正電的部分和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中9、用a、b兩種可見光照射同一光電效應(yīng)裝置，測得的光電流和電壓的關(guān)系圖像如圖甲所示，圖乙為氫原子的能級圖。已知可見光的光子能量在到之間，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的波長比b光的小B．單色光a的光子動(dòng)量比單色光b的光子動(dòng)量大C．用大量的光子去照射基態(tài)的氫原子可以得到兩種可見光D．若a光是氫原子從能級躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光，則b光是氫原子從能級躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光10、（多選）某原子在下列各能級間躍遷：（1）從到；（2）從到；（3）從到。在躍遷過程中輻射出三種顏色光分別為、、，下列說法正確的是（）A．通過同一雙縫裝置產(chǎn)生干涉，干涉條紋最密集，最稀疏B．、、三種顏色的復(fù)色光以某一角度