【課件】氫原子光譜和玻爾的原子模型+課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型1.湯姆孫通過(guò)陰極射線管，發(fā)現(xiàn)了電子并提出原子的結(jié)構(gòu)模型—“西瓜模型”或“棗糕模型”。知識(shí)回顧2.盧瑟福通過(guò)觀察α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出核式結(jié)構(gòu)模型，并提到了電子在原子核周圍運(yùn)動(dòng)。那電子在原子核周圍怎么運(yùn)動(dòng)呢？如又何研究？3.許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的重要途徑。光譜1.定義：用棱鏡或光柵可以把光按波長(zhǎng)（頻率）展開，獲得波長(zhǎng)（頻率）和強(qiáng)度分布的記錄即光譜。三棱鏡一、光譜2.分類：（1）發(fā)射光譜（2）吸收光譜①連續(xù)譜②線狀譜熾熱的固體、液體及高壓氣體。3.發(fā)射光譜：（1）連續(xù)譜①定義：②產(chǎn)生：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。由連續(xù)分布的含一切波長(zhǎng)的光組成的光譜。（如白熾燈絲、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光）(2)線狀譜只含一些不連續(xù)亮線的光譜。各種原子發(fā)射的光譜。①定義：②產(chǎn)生：稀薄氣體或金屬蒸汽。③不同的原子發(fā)射的線狀譜不同，每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，這些亮線稱為原子特征譜線。連續(xù)譜④利用它來(lái)鑒別物質(zhì)和確定組成成分。此法稱為光譜分析。線狀譜（2）特點(diǎn)：連續(xù)譜上出現(xiàn)的暗線。太陽(yáng)光譜是吸收光譜（1）定義：高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光）通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。4.吸收光譜H氫原子的線狀譜和吸收光譜同一種原子的吸收光譜的暗線和線狀譜的明線一一對(duì)應(yīng)，所以線狀分立的暗線也稱為原子特征譜線，也可做光譜分析鈉原子的線狀譜和吸收光譜1885年,巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的,在可見光區(qū)的4條譜線作了分析,發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)可以用一個(gè)公式表示：①每一個(gè)n值分別對(duì)應(yīng)一條譜線。②n只能取正整數(shù)3，4，5······說(shuō)明了原子光譜的分立特性（線狀譜）氫光譜在紅外和紫光區(qū)的譜線也滿足類似的關(guān)系式二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.

(多選)關(guān)于線狀譜，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同B．每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜相同C．每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同D．兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同BC2.巴耳末通過(guò)對(duì)氫光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式

(n＝3,4,5，…)．對(duì)此，下列說(shuō)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)光的實(shí)際現(xiàn)象，其波長(zhǎng)的分立值是人為規(guī)定的C電子繞核運(yùn)動(dòng)將不斷向外輻射電磁波，電子損失了能量，其軌道半徑不斷縮小，最終落在原子核上,而使原子變得不穩(wěn)定。++經(jīng)典理論認(rèn)為事實(shí)原子是穩(wěn)定的。三、經(jīng)典理論的困難電子軌道變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率等于繞核運(yùn)動(dòng)的頻率,連續(xù)變化,原子光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜經(jīng)典理論認(rèn)為事實(shí)原子光譜是線狀譜三、經(jīng)典理論的困難軌道量子化：電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值；定態(tài)：電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)原子都是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。四、波爾原子理論的基本假設(shè)假設(shè)1：軌道量子化與定態(tài)能量量子化：電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量，這些能量是量子化的，所以叫能級(jí)。電子在最內(nèi)層的軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子具有的能量最低，叫基態(tài)，其它的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。123E412345E1E3E2E5E∞n基態(tài)激發(fā)態(tài)

原子從一種定態(tài)（Em

）躍遷到另一種定態(tài)（En）時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子能量由它們的能級(jí)差決定這個(gè)式子稱頻率條件（又稱輻射條件）(1)若m＞n，高能級(jí)→低能級(jí)，電子半徑減小，電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，輻射光子，原子能量減小。四、波爾原子理論的基本假設(shè)假設(shè)2：頻率條件(2)若m＜n，低能級(jí)→高能級(jí)，電子半徑增大，電勢(shì)能增加，動(dòng)能減小，吸收光子，原子能量增加。氫原子能級(jí)圖原子能量包括電子動(dòng)能、電子與原子核這個(gè)系統(tǒng)的電勢(shì)能。處于激發(fā)態(tài)的原子會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。激發(fā)態(tài)的原子能量：五、波爾理論對(duì)氫光譜的解釋原子處于基態(tài)時(shí)最穩(wěn)定，氫原子基態(tài)能量為123氫原子能級(jí)圖五、波爾理論對(duì)氫光譜的解釋1.大量原子從能級(jí)n向下躍遷到基態(tài)時(shí)的最多輻射的譜線條數(shù)為N2.一個(gè)原子從能級(jí)n向下躍遷到基態(tài)時(shí)的最多

輻射的線條數(shù)為N3.原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)____光子，

軌道半徑____，庫(kù)侖力_______，電勢(shì)能____，

電子動(dòng)能______，原子能量____。

輻射減小增加做正功減小減小4.要使核外電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)：（1）用光子照射核外電子：

光子的能量必須等于兩個(gè)能級(jí)的能量差，否則不被吸收。（2）用實(shí)物粒子（如電子）碰撞核外電子：五、波爾理論對(duì)氫光譜的解釋只要實(shí)物粒子的能量大于或等于兩能級(jí)之差即可，多余能量會(huì)保留在實(shí)物粒子中，原子能吸收實(shí)物粒子的部分動(dòng)能。5.使核外電子躍遷到n=∞時(shí)，稱為電離。所需能量稱為電離能。處于能級(jí)n的原子電離能為-En

五、波爾理論對(duì)氫光譜的解釋（1）吸收光子能量hν>-En解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)入射光子的能量大于或等于金屬的電離能(即逸出功W0）時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光子多出的能量就是光電子的最大初動(dòng)能EK。剛好產(chǎn)生光電效應(yīng)的頻率就是極限頻率。3.對(duì)于基態(tài)氫原子，下列說(shuō)法中正確的是A．它能吸收10.2eV的光子B．它能吸收11eV的光子C．它能吸收14eV的光子D．它能吸收具有11eV動(dòng)能的電子的部分動(dòng)能答案：ACD4.氫原子能級(jí)躍遷如圖所示，由圖求：(1)如果用能量為12.75eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可放出幾種光子？(2)如果有一個(gè)氫原子處于n＝4的能級(jí)，在原子回到基態(tài)時(shí)，最多可放出幾種光子？(3)如果用動(dòng)能為11eV的外來(lái)電子去撞擊處于基態(tài)的氫原子，可使氫原子激發(fā)到哪一個(gè)能級(jí)上？(4)如果用能量為11eV的外來(lái)光去激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，結(jié)果又如何？（1）基態(tài)的氫原子被激發(fā)到n=4能級(jí)，

可放出的光子種類為：（2）最多可放出的光子種類為：N=n-1=3氫原子能級(jí)躍遷如圖所示，由圖求：(3)如果用動(dòng)能為11eV的外來(lái)電子去撞擊處于基態(tài)的氫原子，可使氫原子激發(fā)到哪一個(gè)能級(jí)上？氫原子從n＝1的能級(jí)激發(fā)到n＝2的能級(jí)時(shí)所需吸收的能量

ΔE21＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，氫原子從n＝1的能級(jí)激發(fā)到n＝3的能級(jí)，那么所需吸收的能量為ΔE31＝E3－E1＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV，因?yàn)橥鈦?lái)電子的能量E電＝11eV，ΔE21<E電<ΔE31，所以具有11eV能量的外來(lái)電子，只能使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)到n＝2的能級(jí)，這時(shí)外來(lái)電子剩余的動(dòng)能為：E外－ΔE21＝(11－10.2)eV＝0.8eV.氫原子能級(jí)躍遷如圖所示，由圖求：(4)如果用能量為11eV的外來(lái)光去激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，結(jié)果又如何？（4）外來(lái)光子的能量不等于基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)間的能量差，不能被氫原子所吸收，氫原子也不能從基態(tài)激發(fā)到任一激發(fā)態(tài)．5.用能量為12.30eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則受到光的照射后下列關(guān)于氫原子躍遷說(shuō)法正確的是(

)A．電子能躍遷到n＝2的能級(jí)上去B．電子能躍遷到n＝3的能級(jí)上去C．電子能躍遷到n＝4的能級(jí)上去D．電子不能躍遷到其他能級(jí)上去D6.(多選)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，A、B、C分別表示電子在三種不同能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子，其中(

)A．頻率最大的是B

B．波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是CC．頻率最大的是A

D．波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是BAB問(wèn)：三者什么關(guān)系？7.氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示，不同色光的光子能量如下表所示.處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為(

)A．紅、藍(lán)—靛 B．黃、綠C．紅、紫

D．藍(lán)—靛、紫色光光子紅橙黃綠藍(lán)—靛紫光子能量范圍(eV)1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10A8.(多選)根據(jù)玻爾理論，氫原子中量子數(shù)n越大(

)A．電子的軌道半徑越大B．核外電子的速率越大C．氫原子能級(jí)的能量越大D．核外電子的電勢(shì)能越大ACD五、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋1.很好地解釋巴耳末系譜線即氫原子從高能級(jí)向第2能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光譜。其他還有：賴曼系、帕邢系等。2.很好地解釋光譜的不連續(xù)性，原子發(fā)光的能量是等于能級(jí)差。因此原子發(fā)光譜是一些分立的亮線。六、玻爾理論的局限性1.保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。2.對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)的原子(如氦原子)，玻爾理論就無(wú)