第4章 第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 核心素养导学 物理观念 (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)知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性。 (4)了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。 (5)认识玻尔的原子理论和卢瑟福的核式结构模型之间的继承和发展关系，了解玻尔模型的不足之处及其原因。 科学思维 用经典理论解释原子光谱困难时，利用玻尔的原子模型解释氢原子光谱。 科学探究 探究氢原子光谱的实验规律。 一、光谱　氢原子光谱的实验规律 1．光谱 (1)定义：按照光的波长(频率)展开，获得波长(频率)和强度分布的记录。 (2)谱线：有些光谱是一条条的亮线。 (3)线状谱：含有一条条亮线的光谱。 (4)连续谱：有些光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带。 (5)特征谱线：原子发光光谱中的亮线。 (6)光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，利用原子的特征谱线来鉴别和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。 2．氢原子光谱的实验规律 (1)原子内部电子的运动是原子发光的原因，因此，光谱是探索原子结构的一条重要途径。 (2)巴耳末公式：＝R∞(n＝3,4,5，…)，式中R∞叫作里德伯常量，其值为R∞＝1.10×107 m－1。 (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。 3．经典理论的困难 (1)无法解释原子的稳定性。 (2)无法解释原子光谱分立的线状谱特征。 二、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)电子绕核运动的轨道是量子化的。 (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)能级：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，这些量子化的能量值叫作能级。 (2)定态：原子中具有确定能量的稳定状态。 (3)基态：能量最低的状态。 (4)激发态：除基态之处的其他状态。 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(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em。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。 三、玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性 1．氢原子能级图 2．解释巴耳末公式 按照玻尔理论，巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为n＝3,4,5，…的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。 3．解释其他谱线系 氢原子从高能级向m＝1,3,4等能级跃迁，也会产生相应的光谱，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。 4．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。 5．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。 6．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。 7．玻尔理论的局限性 (1)玻尔理论的成功之处 ①玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域； ②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)玻尔理论的局限性 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 根据量子力学，原子中电子的坐标没有确定的值。因此，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少，而不能把电子的运动看成一个具有确定坐标的质点的轨道运动。当原子处于不同的状态时，电子在各处出现的概率是不一样的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来就像云雾一样，人们形象地把它叫作电子云。,1.早在17世纪，牛顿就发现了白光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫作光谱，如图所示。请对以下说法作出判断。 (1)白光通过三棱镜后可得到连续谱。(√) (2)不同的原子发出的线状谱不相同。(√) (3)同种原子发出的光谱中的亮线对应的频率不相同。(√) (4)可以用连续谱进行光谱分析。(×) 2．根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样的？ 提示：根据经典理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子的光谱应该总是连续的。实际看到的原子的光谱是分立的线状谱。 3．从玻尔的基本假设出发，运用经典