第四章 第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型-第5节 粒子的波动性和量子力学的建立-【高考领航】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型 第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 核心素养要求 核心素养呈现 1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念． 2.知道氢原子光谱的实验规律． 3.知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特征． 4.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容． 5.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念． 6.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型． 7.了解玻尔模型的不足之处及其原因. 　光谱 1．定义：用光栅或棱镜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 (1)线状谱：由一条条的亮线组成的光谱． (2)连续谱：由连在一起的光带组成的光谱． 3．特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射特定频率的光，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线． 4．光谱分析：由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－10g时就可以被检测到． 　氢原子光谱的实验规律与经典理论的困难 1．氢原子光谱的实验规律 (1)光谱研究的意义 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 ①公式：，n＝3,4,5…. ＝R ②意义：巴耳末公式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． 2．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． 1．各种原子的发射光谱都是连续谱．(×) 2．不同原子的发光频率是不一样的．(√) 3．线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×) 4．氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．(√) 5．由巴耳末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱．(√) 　玻尔原子理论的基本假设 1．轨道量子化与定态 (1)原子中的电子在库仑引力的作用下，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，不产生电磁辐射． 2．能量量子化 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做能级，原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．能量最低的状态叫做基态，其他的状态叫做激发态． 3．频率条件 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En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝Em－En，这个式子称为频率条件，又称辐射条件． 　玻尔理论对氢光谱的解释 1．解释巴耳末公式 (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＝Em－En. (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．解释气体导电时的发光机理 通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的．气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，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，这就是气体导电时发光的机理． 3．解释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之差，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． 　玻尔理论的局限性 1．成功之处 玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，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．局限性 保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动． 3．电子云 原子中的电子没有确定的坐标值，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，这种图就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云． 1．玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．(√) 2．电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．(×) 3．玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线．(√) 4．电子云就是原子核外电子的分布图．(×) 5．玻尔理论能成功地解释氢光谱．(√) 　粒子的波动性 1．物质波 实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波． 2．物质波波长：λ＝. 3．物质波的实验验证：戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子束穿过晶体后的衍射图样，从而证实了电子具有波动性． 　 [思考探究] 　早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并