第17讲 氢原子光谱和波尔的原子模型【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第17讲 氢原子光谱和波尔的原子模型 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。 1.知道光谱、线状谱和连续谱的概念。 2.知道氢原子光谱的实验规律，知道什么是光谱分析。 3.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。 4.了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念。 5.能用玻尔理论解释氢原子光谱．了解玻尔理论的不足之处和原因。 6.进一步加深对玻尔理论的理解，会计算原子跃迁过程中吸收或放出光子的能量。 7.知道使氢原子电离的方式并能进行有关计算。 ( 知识精讲 ) 知识点01 氢原子光谱和玻尔的原子模型 （一）光谱 1．定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长(频率)展开，获得波长(频率)和强度分布的记录。 2．分类 (1)线状谱：光谱是一条条的亮线； (2)连续谱：光谱是连在一起的光带。 3．特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，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不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。 （二）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，因此光谱是探索原子结构的一条重要途径。 2．氢原子光谱的实验规律满足 巴耳末公式：＝R∞(－)(n＝3,4,5，…)式中R为里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n取整数。 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的特征。 （三）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线状谱。 （四）玻尔原子理论的基本假设 1．轨道量子化 (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)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是量子化的(填“连续变化”或“量子化”)； (3)电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射； 2．定态 (1)当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量．电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值．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．能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态。 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Em，m＜n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝En－Em，该式称为频率条件，又称辐射条件。 【知识拓展】 1．光谱的分类 2．太阳光谱 特点 在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱 产生原因 阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了明亮背景下的暗线 3.光谱分析 (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－13 kg； (2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分； (3)用于光谱分析的光谱：线状光谱和吸收光谱。 4．氢原子光谱的特点：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 5．巴耳末公式 (1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：＝R∞(－)(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．式中R叫作里德伯常量，实验值为R∞＝1.10×107 m－1。 (2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值。 【即学即练1】下列说法错误的是（　　） A．到达地球表面处的太阳光的光谱是吸收光谱 B．一个电子和一个质子具有同样的动量时，它们的德布罗意波波长也相同 C．根据海森伯的不确定性关系可知，不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量 D．光的双缝干涉现象中，可以用光程差与波长的关系确定屏上某点是亮纹还是暗纹，所以光波不是概率波 【答案】D 【分析】A．到达地面的太阳光谱是吸收光谱，故A正确，不符合题意； B．由，可知动量相同的电子和质子的德布罗意波长相等，故B正确，不符合题意； C．由不确定性关系可知，微观粒子没有准确的位置和动量，故C正确，不符合题意； D．光波是概率波，故D错误，符合题意。 故选D。 【即学即练2】如图所示为氢原子的能级图，巴耳末系是吸收光子能量的原子进入激发态（）后返回的量子状态时释放出的谱线，下列说法正确的是（　　） A．巴耳末系中的最小频率与最大频率之比 B．处于能级的氢原子可以吸收能量为的光子 C．一个氢原子从能级向基态跃迁时，可发出6种不同频率的光子 D．氢原子由能级跃迁到能级时，原子的电势能增加，产生的电磁波的波长最长 【答案】B