4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型（同步课件）-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

§4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 第四章 原子结构和波粒二象性 目录 CONTENTS 光谱 01 经典理论的困难 氢原子光谱的实验规律 03 02 玻尔原子理论的基本假设 04 玻尔理论的局限性 玻尔理论对氢光谱的解释 06 05 新课引入 思考与讨论： 把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢？ 演示与观察： 演示与观察： 演示与观察： 光谱 01 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。 一、光谱 （1）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。 （2）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。 2.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，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。既然每种原子都有自己的特征谱线，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。 一、光谱 氢原子光谱的实验规律 02 二、氢原子光谱的实验规律 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 巴耳末公式： 里德伯常量 式中的n只能取整数，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。 经典理论的困难 03 三、经典理论的困难 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 玻尔原子理论的基本假设 04 四、玻尔原子理论的基本假设 假说1：轨道量子化 针对原子核式结构模型提出 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。 四、玻尔原子理论的基本假设 假说2：定态（能级）假说 针对原子的稳定性提出 电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作能级。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 能级：量子化的能量值。 定态：原子中这些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 2 3 假说2：定态（能级）假说 针对原子的稳定性提出 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 基态 激发态 四、玻尔原子理论的基本假设 假说3：频率条件（跃迁假说） 针对原子光谱是线状谱提出 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 基态 激发态 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（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 玻尔理论对氢光谱的解释 05 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，并从理论上算出里德伯常量 的值。这样得到的结果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，即氢原子从高能级向m ＝ 1，3，4，5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。 五、玻尔理论对氢光谱的解释 3.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。 4.由于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。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。 玻尔理论的局限性 06 六、玻尔理论的局限性 1.玻尔理论的不足之处在于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。 2.玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象。 课堂练习 07 1．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62ev-3.11ev，下列说法正确的是（　　） A．从能级n=4跃迁到n=3比从能级n=3跃迁到n=2辐射出光的波长短B．原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光是可见光C．大量处于n=4能级的氢原子跃迁到基态的过程中可以释放出6种频率的光子D．处于n=2能级的氢原子可以吸收能量为2ev的光子 C 2．图示为氢原子能级图以及氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱