4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 学习目标 1、了解光谱、连续谱和线状谱等概念 2、知道氢原子光谱的实验规律 3、知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分力特性 4、知道玻尔原子理论基本假设的主要内容 5、了解能级、能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念 复习回顾 引入 历史上对这一问题的认识，与光谱的研究密切相关 1、光谱：用棱镜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 一、光谱 ②线状光谱（线状谱）：一些不连续的亮线组成的光谱 ①连续光谱（连续谱）：连续分布的一切波长的光都存在的光谱 （1）发射光谱：物体发光直接产生的光谱 炽热的固体、液体和高压气体发光产生 稀薄气体发光产生 （2）吸收光谱：炽热的白光通过温度较低的某物质气体时，一些频率的光被该物质吸收后在连续光谱上出现一些暗线，叫做该物质的吸收光谱 2、光谱分析： （1）原子的特征谱线 各种原子发射的光谱都是线状谱，说明原子只能发出几种具有本身特征的特定频率（或波长）的光，不同原子亮线的位置不同，这些亮线称为原子的特征谱线。 线状谱和吸收光谱都是原子的特征谱线 太阳的光谱 ①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。 （2）光谱分析 ②光谱分析用的谱线：线状谱和吸收光谱 ③优点：灵敏度高。样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可以被检测到 410.29 nm 656.47 nm 434.17 nm 486.27 nm 2、巴耳末公式 n只能取正整数，即取值是量子化的！ 二、氢原子光谱的实验规律 1、气体放电管： 玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。 可见光区 不同原子光谱不同 其中最简单的就是氢原子光谱 当时实验中发现 在可见光区域 氢原子有四条谱线 设问：波长那条最大？ 1885年，瑞士的一位数学教师巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线分析 ， 后来发现紫外区部分谱线也满足此式 重点强调n是分立的 矛盾一：无法解释原子的稳定性 矛盾二：无法解释原子光谱的分立性 核外电子绕核运动 辐射电磁波 事实上： 原子是稳定的 事实上：辐射电磁波频率只是某些确定值 电子轨道半径连续变小 原子不稳定 辐射电磁波频率连续变化 三、经典理论的困难 普朗克黑体辐射的量子论 爱因斯坦的光量子论 玻尔原子结构假说 巴耳末公式 四、波尔原子理论的基本假设 1、假说1、轨道量子化与定态（轨道假说和能量假说） （1）电子轨道是量子化的 ①电子轨道半径r只能是某些分立的数值 ②电子绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。 ③电子只能在某些特定轨道运动，而且不产生电磁辐射。 ④电子的轨道半径公式 其中，n=1、2、3、.... r1=0.053nm，是距离原子核最近的轨道半径 n越大，核外电子轨道半径越大，电子距离原子核越远 （2）原子的能量是量子化的 电子在不同的轨道上运动，原子具有不同的能量，原子的能量也是量子化的。 能级：量子化的能量值。 定态：电子在可能轨道上运动时，不释放能量，原子是稳定的这样的状态是稳定的 原子具有确定能量的稳定状态。 基态：能量最低的状态（离核最近） 激发态：其他的状态 ①轨道与能级相对应 基态 激发态 E/eV 13.6 3.4 1.51 0.85 0 ②原子的能量公式 其中，n=1、2、3、.... E1=-13.6eV，是原子的基态的能量（能级） n越大，原子的能量越多，能级越高，核外电子的轨道半径越大， E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 高能级跃迁至低能级——放出一个光子 低能级跃迁至高能级——吸收一个光子 2、假说2、频率条件（跃迁假说） 例如：从n=3能级跃迁到n=2就是放出光子，放出光子的能量为hν=E3-E2，氢原子的核外电子由r3轨道跃迁到r2轨道 例如：从n=1能级跃迁到n=3就是吸收光子，吸收光子的能量为hν=E3-E1，氢原子的核外电子由r1轨道跃迁到r3轨道 能级图 原子从一种定态(设能量为En)跃迁到另一种定态(设能量为Em)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定： 电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形状改变其半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上，玻尔将这种现象称跃迁。 玻尔认为，发光来自于电子跃迁，也就是电子从高能级像低能级跃迁时，会放出光子，这个光子的能量恰好等于两个能级间的差值，也就是 3、玻尔理论的几个注意点 （1）原子吸收能量和条件 ②吸收实物粒子的能量。实