氫原子光譜和玻爾的原子模型（教學(xué)課件）（人教版2019選擇性必修第三冊）

第4節(jié)氫原子光譜和玻爾的原子模型第四章

人教版

選擇性必修第三冊光譜01氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律02經(jīng)典理論的困難03玻爾原子理論的基本假設(shè)04玻爾理論對氫光譜的解釋05玻爾理論的局限性06新課導(dǎo)入把食鹽放在火中灼燒，會發(fā)出黃色的光。食鹽為什么發(fā)黃光而不發(fā)其他顏色的光呢？光譜PART01用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開1、光譜光譜：光按波長（頻率）和強(qiáng)度分布的記錄（有時(shí)只是波長成分的記錄）。紅橙黃綠青藍(lán)紫光譜的分類：發(fā)射光譜和吸收光譜。

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（連在一起的光帶），一切波長的光都有明線光譜｛（原子光譜）產(chǎn)生條件：稀薄氣體或金屬蒸氣發(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(shí)，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)）——也是原子的特征譜線。產(chǎn)生方式（線狀光譜）2、各種光譜的特點(diǎn)及成因氫的明線光譜氫的吸收光譜連續(xù)譜光譜舉例鈉蒸氣光譜中產(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)。鈉的吸收光譜由于每一種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)成分。這種方法叫做光譜分析。光譜分析法由基爾霍夫開創(chuàng)的。

（1）原理：利用發(fā)射光譜和吸收光譜。（2）優(yōu)點(diǎn)：非常靈敏而且迅速。樣本中一種元素的含量達(dá)到10-10g時(shí)就可以被檢測到。（3）應(yīng)用：發(fā)現(xiàn)新元素和研究天體的化學(xué)組成。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)。（4）同種物質(zhì)吸收光譜中的暗線與它明線光譜中的明線相對應(yīng)，明線光譜和吸收光譜中的譜線都是原子的特征光譜，都可以用于光譜分析。3、光譜分析光譜的分類【例題】(多選)下列關(guān)于光譜的說法正確的是(

)A.連續(xù)光譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產(chǎn)生的光譜，線狀譜是線狀光源產(chǎn)生的光譜B.通過對連續(xù)譜的光譜分析，可鑒定物質(zhì)成分C.連續(xù)光譜包括一切波長的光，線狀譜只包括某些特定波長的光D.通過對線狀譜的明線光譜分析或?qū)ξ展庾V的暗線分析，可鑒定物質(zhì)成分CD小試牛刀【例題】(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說法正確的是(

)A.太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B.煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C.進(jìn)行光譜分析時(shí),可以用線狀譜,不能用連續(xù)光譜D.我們能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分BC小試牛刀氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律PART02

氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜?？梢姽鈪^(qū)氫原子在可見光區(qū)的四條譜線3、可見光的波長范圍：

4.0×10-7m～7.6×10-7m(400nm～760nm)。1、氫原子在可見光區(qū)有四條譜線。氫原子光譜呈現(xiàn)分立的明線條紋，在可見光區(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。紫外區(qū)紅外區(qū)2、氫原子的譜線由不同色亮線組成，每種顏色對應(yīng)著一種波長。氫原子的光譜巴耳末系波長公式：R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測得的值為R∞＝1.10×107m-1n＝3，4，5，...

除了巴耳末系，后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。（可見光區(qū)的四條譜線）原子內(nèi)部電子的運(yùn)動是原子發(fā)光的原因。因此，光譜是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律【例題】巴耳末通過對氫光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式

，對此，下列說法正確的是(

)A.巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴耳末公式B.巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C.巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D.巴耳末公式準(zhǔn)確反映了氫原子發(fā)光的所有情況，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的小試牛刀C【例題】下列說法中正確的是(

)A.巴耳末公式所計(jì)算得出的波長與氫原子光譜中的波長是一一對應(yīng)的關(guān)系B.根據(jù)巴耳末公式不僅可以分析氫原子光譜,也可以分析其他原子的發(fā)光光譜C.由巴耳末公式得到的波長都在可見光波段D.氫原子光譜中有紅外光區(qū)、可見光區(qū)和紫外光區(qū)D小試牛刀經(jīng)典理論的困難PART03經(jīng)典理論的困難

盧瑟福原子核式模型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)。但是，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特征。

1、按經(jīng)典物理學(xué)電子繞核旋轉(zhuǎn)，作加速運(yùn)動，電子將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從而將逐漸靠近原子核，最后落回到原子核上形成原子坍塌。但事實(shí)上原子是個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。電子繞核轉(zhuǎn)動的經(jīng)典圖景核外電子繞核運(yùn)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(shí)上：原子是穩(wěn)定的輻射電磁波頻率只是某些確定值

2、軌道及轉(zhuǎn)動頻率不斷變化，輻射的電磁波頻率也是連續(xù)的，即原子光譜應(yīng)是連續(xù)的光譜。而實(shí)際上看到的是分立的線狀譜。事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的；原子光譜是線狀譜、分立的。

這些矛盾說明盡管經(jīng)典物理學(xué)理論可以很好地應(yīng)用宏觀物休，但它不能解釋原子世界的現(xiàn)象。經(jīng)典理論的困難【例題】(多選)關(guān)于經(jīng)典電磁理論與氫原子光譜之間的關(guān)系，下列說法中正確的是(

)A．經(jīng)典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性B．根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動時(shí)，電子會不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C．根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的D．氫原子光譜徹底否定了經(jīng)典電磁理論小試牛刀BC玻爾原子理論的基本假設(shè)PART04普朗克黑體輻射的量子論愛因斯坦的光量子論波爾原子結(jié)構(gòu)假說玻爾原子理論假設(shè)的基礎(chǔ)玻爾，丹麥物理學(xué)家1885年10月7日—1962年11月18日，1922獲得諾貝爾物理學(xué)獎+rnn=1n=2n=3v-——針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出繞核運(yùn)動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。軌道量子化：氫原子：量子數(shù)n=4n=∞假設(shè)1、軌道量子化⑵能級：原子的在各種定態(tài)時(shí)的能量值⑴定態(tài)：原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)①基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(離核最近)②激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)能量量子化：氫原子：——針對原子的穩(wěn)定性提出原子的能量與電子所在的軌道相對應(yīng)當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動時(shí)，原子具有不同的能量。n=∞假設(shè)2：能量量子化（定態(tài)、能級）⑶電子軌道與原子能級的對應(yīng)關(guān)系基態(tài)激發(fā)態(tài)E41234E1E3E2E∞n軌道與能級相對應(yīng)原子能級圖第1激發(fā)態(tài)∞第n-1激發(fā)態(tài)電子軌道圖氫原子：+n=1n=2n=3v-n=4v-v-v-n=∞——針對原子光譜是線狀譜提出+mn低能級（En）高能級（Em）電子吸收光子克服庫侖引力做功，原子能量增加電子輻射光子，原子能量減少躍遷頻率條件:-假設(shè)3：頻率條件(躍遷假說）玻爾的假設(shè)【例題】關(guān)于玻爾原子理論，下列說法中不正確的是()A．繼承了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B．氫原子核外電子的軌道半徑越大，核外電子動能越大C．能級躍遷吸收(輻射)光子的頻率由兩個(gè)能級的能量差決定D．原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量小試牛刀B【例題】(多選)氫原子吸收一個(gè)光子后，根據(jù)玻爾理論，下列判斷正確的是(

)A．電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道半徑增大B．電子的動能減小C．氫原子的電勢能增大D．氫原子的能級減小小試牛刀ABC玻爾理論對氫光譜的解釋PART051、電子從高能級向低能級躍遷（自發(fā)躍遷）處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，可自發(fā)地經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。發(fā)射光子的能量：——發(fā)射光子

由于能級是分立的，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。--2、電子從低能級向高能級躍遷（受激躍遷）吸收光子的能量：——吸收光子---吸收光子的能量必須等于能級差--處于某個(gè)能級的電子吸收能量，掙脫原子核的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，叫做電離。電離后自由電子動能EK=hv-En發(fā)射光譜的明線與吸收光譜的暗線頻率相同電子從低能級向高能級躍遷（受激躍遷）：①吸收光子（光照）★★★1）原子的電離:原子由某一定態(tài)軌道躍遷到最高能級n=∞的過程。（對于能量大于或等于13.6eV的光子，氫原子電離，即原子結(jié)構(gòu)被破壞）電離后電子剩余動能為：注意：En為負(fù)值電離條件：

躍遷條件：要么全被吸收，要么不吸收。吸收能量②吸收實(shí)物粒子能量（碰撞、加熱）只要實(shí)物粒子（如微觀粒子中的電子、α粒子等）能量足以使氫原子向高能級躍遷，就能被氫原子全部吸收或部分吸收而使氫原子向高能級躍遷，多余能量仍為實(shí)物粒子動能（自己保留）。電離后電子剩余動能為：2）實(shí)物粒子使原子躍遷（n→m）:實(shí)物粒子的能量可以全部或部分被吸收，需要多少，吸收多少。多余的能量由實(shí)物粒子自己保留。1）原子的電離:原子由某一定態(tài)軌道躍遷到最高能級n=∞的過程。電離條件：注意：En為負(fù)值氫原子能級圖躍遷條件：從高能級向低能級躍遷（自發(fā)躍遷）從低能級向高能級躍遷（受激躍遷）玻爾理論對氫光譜的解釋能級躍遷與電離【例題】氫原子能級示意如圖。現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級上,下列說法正確的是(

)A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子B.從n=3能級躍遷到n=1能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率低C.從n=3能級躍遷到n=4能級需吸收0.66eV的能量D.n=3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量小試牛刀C玻爾理論的局限性PART06玻爾在解決核外電子的運(yùn)動時(shí)成功引入了量子化的觀念同時(shí)又應(yīng)用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難沒有繞開經(jīng)典理論無法解釋復(fù)雜一點(diǎn)的原子的光譜現(xiàn)象無法解釋譜線的強(qiáng)度等玻爾理論的局限性玻爾理論的局限性光譜分析

由基爾霍夫開創(chuàng)的光譜分析方法對鑒別化學(xué)元素有著巨大的意義。許多化學(xué)元素，像艷、物、鉈、銅、鎵，都是在實(shí)驗(yàn)室里通過光語分析發(fā)現(xiàn)的。

光譜分析還為深入原子世界打開了道路。近代原子物理學(xué)正是從原子光譜的研究中開始的?？茖W(xué)漫步典例分析PART07(1)少量原子發(fā)出的是線狀譜，大量原子發(fā)出的是連續(xù)譜。(

)(2)連續(xù)譜一定是大量不同元素共同發(fā)出的光譜。(

)(3)氫原子光譜有無數(shù)條分立譜線，其中有四條譜線在可見光范圍內(nèi)。(

)(4)巴耳末公式能描述整個(gè)氫原子光譜。(

)(5)電子的軌道半徑不是任意的，只有當(dāng)半徑的大小符合一定條件時(shí)，這樣的軌道才是可能的。(

)(6)氫原子吸收或輻射光子的頻率條件是hν＝En－Em(m<n)。(

)(7)氫原子各能級的能量指電子繞核運(yùn)動的動能。(

)(8)玻爾理論能解釋不同元素的原子光譜。(

)√√××××√×判一判1、根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動的半徑（

）A．可以取任意值

B．可以在某一范圍內(nèi)取任意值C．可以取一系列不連續(xù)的任意值

D．是一系列不連續(xù)的特定值D小試牛刀2、一個(gè)氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，該氫原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量減少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量減少B小試牛刀3、(多選)根據(jù)玻爾理論，氫原子中量子數(shù)n越大，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ACD小試牛刀4、（多選）欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是（

）用10.2eV的光子照射；用11eV的光子照射；用11eV的電子碰撞；用10.2eV的電子碰撞。AC小試牛刀5、根據(jù)玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()A.當(dāng)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時(shí)，氫原子要輻射的光子能量為hν＝EnB.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動，若圓周運(yùn)動的頻率為ν，則其發(fā)光的頻率也是νC.一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一個(gè)半徑為rb的軌道，已知ra>rb，則此過程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷C小試牛刀6、(多選)氫原子各個(gè)能級的能量如圖所示，大量氫原子由n＝1能級躍遷到n＝4能級，在它回到n＝1能級過程中，下列說法中正確的是(

)A.可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B.可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C.可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD.可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66