4.4 氢原子光谱和波尔的原子模型-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

4.4氢原子光谱和波尔的原子模型 基础导学 要点一、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。 要点二、玻尔理论对氢光谱的解释　氢原子能级跃迁 （一）玻尔理论对氢光谱的解释 1．氢原子能级图(如图所示) 2．解释巴耳末公式 巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 3．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。 4．解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的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。 5．解释不同原子具有不同的特征谱线：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。 （二）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规律； 2．局限性：保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作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，我们只能描述某时刻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。 要点突破 突破一：氢原子光谱和玻尔的原子模型 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。 突破二：玻尔理论对氢光谱的解释　氢原子能级跃迁 （一）自发跃迁与受激跃迁的比较 1.自发跃迁： ①由高能级到低能级，由远轨道到近轨道． ②释放能量，放出光子(发光)：hν＝E初－E末． ③大量处于激发态为n能级的原子可能的光谱线条数：. 2.受激跃迁： ①由低能级到高能级，由近轨道到远轨