第4章 第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道光谱、连续谱、线状谱、特征谱线及光谱分析． 2．知道氢原子光谱的实验规律，了解经典理论遇到的困难． 3．了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念． 4．掌握玻尔原子理论的基本假设． 5．能应用玻尔的原子理论解释氢原子光谱． 6．了解玻尔理论的局限性. 1．物理观念：光谱、能级、能级跃迁． 2．科学思维：玻尔理论对氢光谱的解释，应用能级图分析计算能级跃迁问题． 3．科学态度与责任：玻尔理论的意义及局限性. 一、光谱、氢原子光谱的实验规律　经典理论的困难 1．光谱 (1)定义：用棱镜或光栅可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫谱线，这样的光谱叫线状谱.有的光谱不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，这样的光谱叫连续谱. (3)特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光．不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线． (4)光谱分析：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫作光谱分析． 2．氢原子光谱的实验规律 (1)许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径． (2)巴耳末公式：＝R∞(n＝3,4,5…)，式R叫里德伯常量，其值为R∞＝1.10×107 m－1. (3)巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征． 3．经典理论的困难 (1)核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验. (2)经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征. [判断] (1)各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几个特定的频率．(　√　) (2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分．(　√　) (3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．(　×　) 二、玻尔原子理论的基本假设 1．玻尔原子结构假设 (1)原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆周运动． (2)电子绕核运动的轨道是量子化的． (3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，且不产生电磁辐射. 2．定态 (1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级. (2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态.能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态. 3．跃迁 (1)当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，n>m)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em，该式被称为频率条件，又称辐射条件． (2)反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定． [判断] (1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．(　√　) (2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．(　√　) (3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．(　×　) 三、玻尔理论对氢光谱的解释　玻尔理论的局限性 1．巴耳末公式 (1)按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝En－Em. (2)巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2.并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好． 2．氢原子光谱的不连续性 原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线． 3．不同原子具有不同的特征谱线 不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同． 4．气体导电发光 通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的，原子受到电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态． 5．玻尔模型的局限性 (1)玻尔理论的成功之处 ①玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域； ②提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律． (2)玻尔理论的局限性 过多地保留了经典理论，即保留经典粒子的观念，把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动． 6．电子云 原子中电子的坐标没有确定的值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云. [思考]　电子