4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型——2022-2023学年高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳

新教材 基础 巩固 提升三级跳 第四章 原子结构和波粒二象性 4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 基础知识 知识点梳理： 知识点一、光谱及氢原子光谱的实验规律 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，即光谱。 (2)分类 线状谱：有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。 连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，叫作连续谱。 特征谱线 气体中中性原子的发射光谱都是线状谱，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 定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。 优点：灵敏度高。 说明：同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。 2．氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难 (1)氢原子光谱的实验规律 巴耳末公式 ＝R∞　n＝3，4，5，… 意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。 (2)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。 说明：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。 知识点二、玻尔原子理论的基本假设 1．玻尔原子模型 (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 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，原子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，其他的能量状态叫作激发态。 3．跃迁 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(其能量记为Em，n＞m)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝En－Em，这个式子被称为频率条件，又称辐射条件。 知识点三、玻尔理论对氢原子光谱的解释 1．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＝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)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。 2．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，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。 说明：电子从能量较高的定态轨道，跃迁到能量较低的定态轨道，会放出光子；反之会吸收光子。 预习基础： 一、填空题 1．原子的能量是______的，量子化的能量值叫______。 2．如图为氢原子的能级图，已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁，则： （1）一群氢原子由n＝4能级向n＝1能级跃迁时最多可辐射出________种不同频率的光。 （2）要想使处在n＝2激发态的氢原子电离至少吸收________eV的能量。 3．如图为氢原子能级示意图，已知可见光光子能量范围为1.62～3.11eV，若一群氢原子处于n=4的激发态，自发跃迁时能辐射出________种不同频率的光子，有________种在可见光区。 4．根据玻尔的氢原子理论，基态氢原子中电子绕核运动的速率为_____________m/s。 5．如图甲所示为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路阴极K上时，电路中电流随电压变化的图象如图丙，则金属的逸出功W=_____eV；将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有________种频率的光能产生光电流. 巩固所学 二、单选题 6．如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是（　　） A．亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光 B．有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级 C．核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱 D．光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续 7．氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（   ） A．放出光子