氫原子光譜和玻爾的原子模型+高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修3

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？物理選擇性必修3第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性

第四節(jié)氫原子光譜和玻爾的原子模型學習目標（看完舉手示意）1．了解光譜的定義和分類。2．了解氫原子光譜的實驗規(guī)律，知道巴耳末系。3．了解經(jīng)典原子理論的困難。4．了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容。5．了解能級、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。學生自學閱讀課本P84-89內(nèi)容找到書中的知識點、重點、疑難點。完成舉手示意閱讀過程中標注出書中的關(guān)鍵字、詞、句、段。一讀、二劃、三找、四梳理、五結(jié)論自學指導(dǎo)1（限時2分鐘）1.閱讀課本84-85頁光譜和氫原子光譜的實驗規(guī)律部分①光譜的概念是什么？②什么是線狀譜，什么是連續(xù)譜？③發(fā)射光譜和吸收光譜的概念分別是什么？④光譜分析是什么？⑤氫原子光譜的實驗規(guī)律是什么？①光譜的概念是什么？②什么是線狀譜，什么是連續(xù)譜？精講點撥用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長展開獲得波長和強度分布的記錄。線狀譜：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(yīng)不同波長的光。連續(xù)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。1、光譜光譜：光按波長（頻率）和強度分布的記錄（有時只是波長成分的記錄）。用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開紅橙黃綠青藍紫用分光鏡觀察連續(xù)光譜用分光鏡觀察原子光譜③發(fā)射光譜和吸收光譜的概念分別是什么精講點撥物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜和明線光譜。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。各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應(yīng)。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光譜分析是什么？⑤氫原子光譜的實驗規(guī)律是什么？精講點撥既然每種原子都有自己的特征譜線，我們就可以利用它來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。這種方法稱為光譜分析。氫原子光譜的實驗規(guī)律：瑞士科學家巴耳末對當時已知的氫原子在可見光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長λ滿足一個簡單的公式，即巴耳末公式：n有兩層含義，一是n取一個值，可求出氫光譜中一條譜線的波長說明每一個n值分別對應(yīng)一條譜線，二是n值只能取正整數(shù)值3，4，5，…3、光譜分析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：非常靈敏而且迅速。樣本中一種元素的含量達到10-10g時就可以被檢測到。（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。氫原子的光譜可見光區(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。巴耳末系波長公式：R∞叫作里德伯常量，實驗測得的值為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。經(jīng)典理論的困難

巴爾末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長的分立特征。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粒子散射實驗。但是，經(jīng)典物理學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)典物理學電子繞核旋轉(zhuǎn)，作加速運動，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。但事實上原子是個穩(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。而實際上看到的是分立的線狀譜。事實上：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。1.閱讀課本85-87頁經(jīng)典理論的困難和玻爾原子理論的基本假設(shè)部分①兩個矛盾分別是什么？②玻爾原子理論的基本假設(shè)有哪些？2.閱讀課本87-89頁玻爾理論對氫光譜的解釋和玻爾理論的局限性部分①玻爾理論對氫光譜的解釋②玻爾理論的局限性③電子云的概念是什么？自學指導(dǎo)2（限時2分鐘）1.閱讀課本85-87頁經(jīng)典理論的困難①兩個矛盾分別是什么？②玻爾原子理論的基本假設(shè)有哪些？精講點撥矛盾一：無法解釋原子的穩(wěn)定性。矛盾二：無法解釋原子光譜的分立性。1）定態(tài)（能級）假設(shè)2）躍遷假設(shè)3）軌道量子化假設(shè)①玻爾理論對氫光譜的解釋精講點撥從玻爾的基本假設(shè)出發(fā)，運用經(jīng)典電磁學和經(jīng)典力學的理論，可以計算氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量。氫原子的大?。簹湓拥碾娮拥母鳁l可能軌道的半徑rn=n2r1，氫原子的能級：①原子在各個定態(tài)時的能量值En稱為原子的能級。它對應(yīng)電子在各條可能軌道上運動時的能量En（包括動能和勢能），原子發(fā)光：原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的過程是吸收能量的過程。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，吸收或輻射的能量恰等于發(fā)生躍遷的兩能級之差。玻爾，丹麥物理學家1885年10月7日—1962年11月18日，1922獲得諾貝爾物理學獎假設(shè)1、軌道量子化+rnn=1n=2n=3v-——針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出繞核運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)2：能量量子化（定態(tài)、能級）⑵能級：原子的在各種定態(tài)時的能量值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)當電子在不同的軌道上運動時，原子具有不同的能量。n=∞假設(shè)3：頻率條件(躍遷假說）——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:-1、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吸收實物粒子能量（碰撞、加熱）只要實物粒子（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，多余能量仍為實物粒子動能（自己保留）。電離后電子剩余動能為：2）實物粒子使原子躍遷（n→m）:實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為負值氫原子能級圖躍遷條件：2.閱讀課本87-89頁玻爾理論的局限性部分②玻爾理論的局限性精講點撥玻爾理論雖然把量子理論引入原子領(lǐng)域，提出定態(tài)和躍遷概念，成功解釋了氫原子光譜，但對多電子原子光譜無法解釋，因為玻爾理論仍然以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)。如粒子的觀念和軌道。玻爾在解決核外電子的運動時成功引入了量子化的觀念同時又應(yīng)用了“粒子、軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學規(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)雜一點的原子的光譜現(xiàn)象無法解釋譜線的強度等1、玻爾理論的局限性2.閱讀課本87-89頁玻爾理論的局限性部分③電子云的概念是什么？精講點撥根據(jù)量子力學，原子中電子的坐標沒有確定的值。因此，我們只能說某時刻電子在某點附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率是多少，而不能把電子的運動看成一個具有確定坐標的質(zhì)點的軌道運動。當原子處于不同的狀態(tài)時，電子在各處出現(xiàn)的概率是不一樣的。如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來就像云霧一樣，人們形象地把它叫作電子云。2、原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展過程湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α

粒子散射實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型原子不可割湯姆孫的西瓜模型原子穩(wěn)定性事實氫光譜實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜（氦）原子光譜量子力學理論玻爾模型建立否定建立否定建立否定否定觀察與實驗所獲得的事實建立科學模型提出科學假說玻爾模型徹底放棄經(jīng)典概念，用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念建立電子云電子在某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率

延長曝光時間，可發(fā)現(xiàn)在光波干涉理論算得的各明紋區(qū)域，光子出現(xiàn)的概率最大；各暗紋區(qū)域，光子出現(xiàn)的概率最小。令入射光極弱，光子數(shù)目極少，光子將會在屏上出現(xiàn)的確切位置無法預(yù)測。雙縫干涉實驗光的波粒二象性的統(tǒng)計觀點解釋l攝影底板或顯微觀察繼續(xù)延長曝光時間，可得到明暗連續(xù)變化的雙縫干涉清晰圖像，并與強光入射（大量光子同時入射）一次曝光的情況等效。光子的行為不能用經(jīng)典粒子的運動狀態(tài)參量描述和準確預(yù)測；光波在空間某處的強度反映了光子在該處附近出現(xiàn)的概率。單縫衍射像圓孔衍射像在光的衍射實驗中，攝像記錄弱光入射的幾個不同曝光階段的衍射圖樣，并進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，在衍射圖樣中較亮的地方，光子出現(xiàn)的概率較大。物理選擇性必修3第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性

第五節(jié)粒子的波動性和量子力學的建立學習目標（看完舉手示意）1．理解光的波粒二象性和粒子的波動性2．理解物質(zhì)波的概念，掌握物質(zhì)波的實驗驗證。學生自學閱讀課本P92-96內(nèi)容找到書中的知識點、重點、疑難點。完成舉手示意閱讀過程中標注出書中的關(guān)鍵字、詞、句、段。一讀、二劃、三找、四梳理、五結(jié)論

他提出假設(shè)：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。

1924年，德布羅意在對光的波粒二象性、玻爾氫原子理論以及相對論的深入研究的基礎(chǔ)上，把波粒二象性推廣到實物粒子，如電子、質(zhì)子等。德布羅意，法國物理學家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波動力學的創(chuàng)始人，量子力學的奠基人之一。這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。其波長

稱為德布羅意波長。粒子性波動性普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁。實物粒子具有波粒二象性。后來，大量實驗都證實了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實物微觀粒子都具有波動性，并都滿足德布羅意關(guān)系。一切實物粒子都有波動性1.閱讀課本92頁粒子的波動性部分①找到德布羅意波是什么？②物質(zhì)波的頻率和波長都如如何計算？2.閱讀課本92-93頁物質(zhì)波的實驗驗證部分①找到實驗的探究思路是什么？②這個實驗最終驗證了什么？3.閱讀課本94-96頁量子力學的建立和量子力學的應(yīng)用部分①量子力學的建立過程是怎樣的？②量子力學的應(yīng)用有哪些？自學指導(dǎo)1（限時2分鐘）1、①找到德布羅意波是什么？②物質(zhì)波的頻率和波長都如如何計算？精講點撥每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波。物質(zhì)波的頻率：

波長：2、①找到實驗的探究思路是什么？②這個實驗最終驗證了什么？精講點撥光的干涉和衍射現(xiàn)象是光具有波動性的有力證據(jù)。因此，如果電子、質(zhì)子等實物粒子也真的具有波動性，那么它們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗，得到了類似圖17.3-1的衍射圖樣，從而證實了電子的波動性。他們?yōu)榇双@得了1937