4-04氢原子光谱和玻尔的原子模型-2022-2023学年高二物理精编动态课件（人教版2019选择性必修第三册）

04.氢原子光谱和玻尔的原子模型 图片区 1 2023/2/26 答：食盐发出黄光与原子结构有关，不同物质能够发出不同的光。 α粒子散射实验让我们知道原子具有核式结构，但电子在原子核的周围怎样运动？这些需要根据其他事实才能认识。 1.光谱：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。 光谱一词最早由牛顿提出。1666年，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，他发现白光是由各种颜色的光组成的。 一.光谱 2.光谱分类 （1）发射光谱：物体发光产生的光谱 ①连续光谱：连在一起的光带构成的光谱 ②线状光谱：一条条的亮线构成的光谱，其中亮线也叫作谱线。 （2）吸收光谱：连续光谱经温度较低的气体后得到的光谱 一.光谱 注意： ①连续光谱由炽热的固体、液体、高压的气体产生，例如白炽灯，蜡烛，酒精灯发光。 ②线状光谱也叫明线光谱、原子光谱，由稀薄气体或金属蒸气发光产生，例如钠蒸气、汞蒸气、气体放电管、霓虹灯发光。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。 ③吸收光谱是由连续光谱经过温度较低的气体后再色散形成的，例如太阳光谱。 ④线状光谱和吸收光谱是一一对应的，这些亮线也叫原子的特征谱线。我们就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，含量达到10-13kg 时就可以被检测到。 一.光谱 一.光谱 氢原子光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。1885年，瑞士科学家巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线分析，得出规律： R∞叫作里德伯常量，R∞＝1.10×107m-1。这个公式称为巴耳末公式，式中的n只能取整数，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。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。 二.氢原子光谱的实验规律 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.与经典电磁理论的冲突： 无法解释原子的稳定性 无法解释原子光谱是分立的线状谱 这些矛盾说明，尽管经典物理学可以很好地应用于宏观物体，但它不能解释原子世界的现象。 三.经典理论的困难 丹麦物理学家玻尔在1913年提出了自己的原子结构假说，即玻尔理论： ①轨道量子化假设： I.原子中的电子在库仑引力的 作用下，绕原子核做圆周运 动，服从经典力学的规律。 II.电子运行轨道的半径不是 任意的，即电子的轨道是量 子化的。 III.电子在这些轨道上绕核的 运动是稳定的，不产生电磁 辐射。 四.玻尔原子理论的基本假设 丹麦物理学家玻尔在1913年提出了自己的原子结构假说，即玻尔理论： ②定态假设： I.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。 II.由于电子轨道是特定值， 因此，原子的能量也只能取 一系列特定的值，也是量子 化的。这些量子化的能量值 叫作能级。 III.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。 四.玻尔原子理论的基本假设 用n＝1标记氢原子的基态，相应的基态能量记为E1；用n＝2，3，4，…标记氢原子的激发态，相应的能量记为E2 ， E3 ， E4 … 丹麦物理学家玻尔在1913年提出了自己的原子结构假说，即玻尔理论： ③跃迁假设： I.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hv的光子，满足： En－Em＝hv。这个式子称为 频率条件，又称辐射条件。 II.反之，当电子吸收光子时 会从能量较低的定态轨道跃 迁到能量较高的定态轨道， 吸收的光子的能量同样由频 率条件决定。 四.玻尔原子理论的基本假设 从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径及相应的能量，画出能级图。 1.基态轨道半径与能量： 2.任意轨道半径与能量： 五.玻尔理论对氢光谱的解释 ①根据玻尔理论推导出巴耳末公式与实验值符合得很好。 ②玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系，它们也都被实验观测到了，分别称为赖曼系、帕邢系、布喇开系等。 问题：如何推导氢原子各能级的动能？ 五.玻尔理论对氢光谱的解释 问题：原子跃迁后氢原子动能，势能，原子能量如何变化？ 思考：一群氢原子处于4能级，最多可能发出几种频率的光？一个氢原子处于4能级，最多可能发出几种频率的光？ 五.玻尔理论对氢光谱的解释 3.常见现象的解释： ①普通物体不发光的解释：通常情况下，原子处于基态，非常稳定，不发光。 ②对原子发光的解释：激发态的原子是不稳定的，会自发地随机向能量较低的能级