第4章 第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型 1.知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律. 物理观念 2.掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图，并能用来分析处理相关问题. 科学思维 知识点一　氢原子光谱 1．光谱 (1)定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按__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__是不一样的，光谱中的亮线称为原子的__特征__谱线． (4)应用：利用原子的__特征__谱线，可以__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10－13 kg时就可以被检测到． 提醒：(1)形成光谱的原理是光的色散或光的衍射；(2)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；(3)不同元素的原子产生的线状谱是不同的，同种元素原子产生的线状谱是相同的． 2．氢原子光谱的实验规律(满足巴耳末公式) (1)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． (2)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． 提醒：(1)巴尔末公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值；(2)除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 3．经典理论的困难 (1)用经典电磁理论在解释原子的__稳定__性时遇到了困难． (2)用经典电磁理论在解释原子光谱是分立的__线状__谱时遇到了困难． 提醒：原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾给人们的启示：这些矛盾的存在，不仅表明这一模型还不完善，而且还预示着原子世界需要一个不同于经典物理学的理论． 知识点二　玻尔的原子模型 1．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__(选填“连续变化”或“量子化”) 的． 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． 提醒：卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型的比较 (1)相同点：原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上，带负电的电子在核外运转． (2)不同点：卢瑟福模型中库仑力提供向心力，r的取值是连续的；而玻尔模型中轨道r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的． 2．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，原子从较高能级跃迁到较低能级时，如从E3跃迁到E2时，辐射的光子的能量为hν＝__E3－E2__. ②巴耳末公式中的正整数n和2，正好代表电子跃迁之前和跃迁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)解释气体导电发光 通常情况下，原子处于__基__态，非常稳定，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． (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． (4)解释不同原子有不同的特征谱线 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． 3．玻尔理论的局限性 (1)成功之处 玻尔的原子理论第一次将__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