4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第四章 原子结构和波粒二象性 第四节 氢原子光谱和玻尔的原子模型 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。 科学思维 掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图，理解理论的局限性与不足，能用原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的能力。 科学探究 通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解，揭示物理现象的科学本质，提高探究能力。 科学态度与责任 坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛，激发探索科学规律的热情。 知识点一 　光谱及氢原子光谱的实验规律 情景导学： 如图所示为不同物体发出的不同光谱。 (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？ (2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？ 答案提示：(1)钨丝白炽灯的光谱是连续的，中间没有暗线或亮线。而其他三种光谱是由一些不连续的亮线组成的。 (2)这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同。 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。 2.光谱的类型 (1)连续光谱：包含有各种色光且连续分布的光谱称为连续光谱。 (2)线状光谱：有些光谱不是连续的，而是由一条条的亮线组成，这种光谱称为线状光谱。 (3)发射光谱：物体自身发光形成的光谱称为发射光谱，发射光谱又分为连续光谱和线状谱。 (4)吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些波长的光被该种物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱称为吸收光谱。 3.光谱分析 原子的发射光谱都是线状光谱，这些亮线称为原子的特征谱线。每种原子都有独自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的化学组成，这种方法称为光谱分析。 思考与讨论： 太阳光通过三棱镜后形成的谱线为哪种类型？这种谱线是否可以用于鉴别物质的化学组成？ 答案提示：吸收光谱。不可以用于物质的化学组成的鉴别。 知识点二　氢原子光谱 情景导学 如图所示为氢原子的光谱。 (1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？ (2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？ 答案提示：(1)从右至左，相邻谱线间的距离越来越小。 (2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：＝R，n＝3，4，5，… 1.氢原子光谱的特点 (1)Hα～Hδ的这n个波长数值构成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断定这种化合物里一定含有氢。 (2)从长波到短波，Hα～Hδ两相邻光谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 2.巴耳末公式 ＝R(n＝3，4，5，…)其中R叫作里德伯常量，其值为 R＝1.096 775 81×107 m－1。 3.经典理论的困难 (1)用经典电磁理论在解释原子的稳定性时遇到了困难。（电子绕原子核高速运转，必然向外辐射电磁波，辐射能量后的电子将因原子核的引力作用而沿螺旋线运动，最终落入原子核，原子寿命很短，但事实并非如此。） (2)用经典电磁理论在解释原子光谱是分立的线状谱时遇到了困难。 说明：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。 思考与讨论： 根据巴耳末公式可知氢原子发光的波长是分立值，它是人为规定的吗？ 答案提示：不是。巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际波长，其波长的分立值并不是人为规定的。 知识点三 玻尔理论 情景导学： 按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动。我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢？ 答案提示：不可以。在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值。 1.卢瑟福原子核式结构模型遇到的困难 卢瑟福的原子核式结构模型不能解释原子的稳定性和原子光谱的不连续性。 2.玻尔原子模型假设 (1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)轨道假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 (3)跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) 解释：①轨道定态：原子核外的电子只能在一些分立的特定轨道上绕核运动；电子在这些轨道上运动时，原子具有一定能量，其数值也是