4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件 -2024-2025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.知道什么是光谱,能说出连续谱和线状谱的区别。 2.能记住氢原子光谱的实验规律。 3.知道玻尔原子理论的基本假设、电子的轨道量子化和原子的能量量子化。 4.了解能级、定态、基态、激发态和跃迁的概念,会根据能级图计算两个能级之差。 5.了解玻尔模型的成就和局限性,知道氢原子光谱的产生机理,会用hν=En-Em解题。 6.知道电子云是电子在各个位置出现概率大小的直观表示。 2 问题导入 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? α粒子散射的实验使我们知道原子具有核式结构，但电子在原子核的周围怎样运动?这些还要通过其他事实才能认识。 一、光谱 1.光谱：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长展开，获得波长和强度分布的记录。 2.光谱的分类 ②线状谱：光谱是一条条分立的亮线。 ①连续谱：光谱是连在一起的光带。 （气体） 3.特征谱线： 每种原子只能发出具有本身特征的某些频率的光 4.光谱分析： 鉴别物质和确定物质的组成成分，发现新元素 含量达到10-13kg就可以检测 越王剑 5.几种光谱的比较 比较 光谱 产生条件 光谱形式及应用 发射 光谱 线状谱 稀薄气体发光形成的光谱 一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)，可用于光谱分析 连续谱 炽热的固体、液体和高压气体发光形成的 连续分布，一切波长的光都有 吸收光谱 炽热的白光通过温度 较白光低的气体后， 再色散形成的 用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)，可用于光谱分析 连续谱不能显示特征，不可用于光谱分析 1）无法解释原子的稳定性 核外电子绕核运动，以电磁波形式向外辐射能量，电子最终失去能量，最后一头栽到原子核上.而实际，原子是一个稳定的系统. 电子向外辐射电磁波的频率就是它绕核转动的频率.电子越转能量越小，离核越近，转得也越来越快，这种变化应该是连续的，即原子的光谱应是连续的.实际原子光谱是分立的. 2）无法解释原子光谱的分立特征 二、 经典理论的困难 2.经典电磁理论的困难 1．卢瑟福核式学说的成就：卢瑟福的核式结构模型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。 三、波尔原子理论的基本假设 玻尔，丹麦物理学家1885年10月7日—1962年11月18日，1922获得诺贝尔物理学奖 假设1、轨道量子化——针对原子核式结构模型提出 + rn n=1 n=2 n=3 v - 绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。 轨道量子化： 氢原子： 量子数 n=4 n=∞ 假设2：能量量子化（定态、能级）——针对原子的稳定性提出 ⑵能级：原子的在各种定态时的能量值 ⑴定态：原子具有确定能量的稳定状态 ①基态：能量最低的状态(离核最近) ②激发态：其他的能量状态 能量量子化： 氢原子： 原子的能量与电子所在的轨道相对应 当电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同的能量。 n=∞ 假设3：频率条件(跃迁假说）——针对原子光谱是线状谱提出 低能级（En） 高能级（Em） 电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加 电子辐射光子，原子能量减少 跃 迁 频率条件: + m n - 电子从高能级（Em）向低能级（En）跃迁只能发射特定频率的光子 1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁）——发射光子 处于激发态的原子是不稳定的，可自发地经过一次或几次跃迁到达基态。 由于能级是分立的，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。 发射光子的能量： - - - - - 吸收光子的能量： 吸收光子的能量必须等于能级差 - - 处于某个能级的电子吸收能量，挣脱原子核的束缚，成为自由电子的现象，叫做电离。电离后自由电子动能EK = hv - En 2、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁） ——吸收光子 四、玻尔理论对氢光谱的解释   15 玻尔理论对氢光谱的解释 (2)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光子的能量等于前后两个能级差，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． 16 五、玻尔理论的局限性 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性。 ②无法解释谱线的强度 ①复杂一点的原子，就无法解释它的光谱现象 波尔 原因： 保留了静电粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述小的轨道运动。 修正玻尔理论 必须彻底放弃经典概念，用电子云概念取代经典的轨道概念 →建立量子力学 汤姆孙发现电子 汤姆孙的 西瓜模型 α 粒子散射实验 卢瑟福的 核式结构模型 原子不可割 汤姆孙的 西瓜模型 原子稳定性事实 氢光谱实验 卢瑟福的核式结构模型 矛盾 玻尔模型 复杂(氦)原子光谱 量子力学理论 矛盾 矛盾 否 定 建 立 否 定 建 立 否 定 建 立 玻尔模型 否 定 建 立 修正 修正 1．下列说法正确的是（　　） A．烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连续光谱 B．生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱都是连续光谱 C．用光谱管观察酒精灯火焰上钠盐的光谱可以看到钠的连续谱 D．神舟七号飞船内的三名宇航员在绕着地球飞行中能够观察到太阳的连续谱 A 2．如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（　　） A．a元素 B．b元素 C．c元素 D．d元素 B 3．根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径（　　） A．可以取任意值 B．可以在某一范围内取任意值 C．可以取一系列不连续的任意值 D．是一系列不连续的特定值 D 课堂小结 一、氢原子光谱 光谱 线状谱 连续谱 特征谱线 光谱分析 氢原子光谱实验规律 无法解释原子的稳定及光谱的不连续问题 二、经典理论困难 三、玻尔的氢原子模型 1.玻尔理论的基本假设 轨道假设 能级假设 跃迁假设 2.对氢原子光谱的解释 3.玻尔理论的困难 $$