第4.4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型（同步课件）- 上好课 2024 2025学年高二物理同步精品课堂 人教版2019选择性必修第三册

4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 壹 素养目标 (1) 了解光谱、连续谱和线状谱等概念。知道氢原子光谱的实验规律。 (2) 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。 (3) 了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱。 (4) 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。 conclusion 课堂导入 ONE 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？ 课堂导入 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 ONE 知识点讲解 一、光谱 1.光谱定义: 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。 知识点讲解 2.光谱分类：发射光谱和吸收光谱。 (1)、发射光谱 定义：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。 分类：连续光谱和线状光谱（明线光谱）。 知识点讲解 ① 连续光谱 a.定义：由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连续光谱。 c.产生：炽热的固体、液体及高压气体发射的光谱是连续光谱（如白炽灯丝、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱）。 b.特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的彩色光带。 即连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱。 炽热的固体 炽热的液体 高(气)压的气体 知识点讲解 ② 明线光谱 a.定义：只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。也叫线状（光）谱。 c.产生：明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。 b.特点：明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。 d.特征谱线：实验证明，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的光，不同原子亮线的位置不同，因此这些亮线称为原子的特征谱线。 知识点讲解 （2）、吸收光谱 ① 定义：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。即连续光谱背景上出现的一些暗线。 ②各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。实验表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗线与发射光谱中明线相对应，也是原子的特征谱线。 ③太阳的光谱是吸收光谱。 知识点讲解 知识点讲解 3.光谱分析 由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学成分。这种方法叫做光谱分析。光谱分析法由基尔霍夫开创的。 优点：非常灵敏而且迅速。样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。 应用：发现新元素和研究天体的化学组成。 同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。 知识点讲解 光谱分析 由基尔霍夫开创的光谱分析方法对鉴别化学元素有着巨大的意义。许多化学元素，像艳、物、铊、铜、镓，都是在实验室里通过光语分析发现的。 光谱分析还为深入原子世界打开了道路。近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的。 课堂检测 例1．(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是(　　) A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱 C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱 D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分 BC 知识点讲解 二、氢原子光谱的实验规律 1.观测氢原子光谱： 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。从氢气放电管可以获得氢原子光谱。 知识点讲解 2.氢原子的光谱： 氢原子在可见光区有四条谱线。氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 巴耳末公式： 里德伯常量 除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 课堂检测 例2．下列说法中正确的是(　　) A.巴耳末公式所计算得出的波长与氢原子光谱中的波长是一一对应的关系 B.根据巴耳末公式不仅可以分析氢原子光谱,也可以分析其他原子的发光光谱 C.由巴耳末公式得到的波长都在可见光波段 D.氢原子光谱中有红外光区、可见光区和紫外光区 D 知识点讲解 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 电子绕核转动的经典图景 知识点讲解 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 ②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射 ①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值； + rn v n=1 n=2 n=3 - 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 知识点讲解 假说2.能量量子化（定态、能级） 针对原子的稳定性提出 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，原子处于不同的状态，于是就具有不同的能量。 n=1 n=2 n=3 E3 E1 E2 基 激 激 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 ⑵能级：原子的在各种定态时的能量值 知识点讲解 基态 激发态 E4 1 2 3 4 E1 E3 E2 E∞ n 轨道与能级相对应 原子能级图 第1激发态 ∞ 第n-1激发态 氢原子： + n=1 n=2 n=3 v - n=4 v - v - v - n=∞ ⑶电子轨道与原子能级的对应关系 知识点讲解 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 原子在始、末两个能级和（>）间跃迁时，发射（或吸收）光子的频率可以由前后能级的能量差决定： （>） 知识点讲解 激 发 态 跃 迁 电子克服库仑力做功增大电势能， 原子的能量增加 吸收光子 电子所受库仑力做正功减小电势能， 原子的能量减少 辐射光子 基 态 假说3：频率条件（跃迁假说） 针对原子光谱是线状谱提出 知识点讲解 轨道量子化： 氢原子： 能量量子化： 氢原子： 频率条件: （辐射条件） 玻 尔 原 子 模 型 13.6 3.4 1.51 0.85 E/eV 0 四、玻尔原子理论的基本假设 知识点讲解 五、玻尔理论对氢光谱的解释 验证巴尔末公式 －－－－－－－－－ 1 2 3 4 5           0 n E/eV ∞ 赖曼系（紫外线） 巴耳末系（可见光） 帕邢系（红外线） 布喇开系 逢德系 N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6 成功解释了氢光谱的所有谱线 + 波尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱系线。 知识点讲解 1、电子从高能级向低能级跃迁（自发跃迁） 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。 发射光子的能量： ——发射光子 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。 - - 五、玻尔理论对氢光谱的解释 知识点讲解 2、电子从低能级向高能级跃迁（受激跃迁） 吸收光子的能量： ——吸收光子 - - - 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 发射光谱的明线与吸收光谱的暗线频率相同 知识点讲解 1.从高能级向低能级跃迁 发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）。 2.从低能级向高能级跃迁 （1）吸收光子 对于能量大于或等于13.6eV的光子（电离）；对于能量小于13.6eV的光子（要么全被吸收，要么不吸收）。 （2）吸收实物粒子能量 只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子的动能。 五、玻尔理论对氢光谱的解释 知识点讲解 从高能级向低能级跃迁（自发跃迁） 知识点讲解 从低能级向高能级跃迁（受激跃迁） 课堂检测 例3．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子(　) A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少 C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少 B 知识点讲解 六、波尔理论的局限性 1、玻尔理论的局限性 玻尔在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念 同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律 除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难 没有绕开经典理论 无法解释复杂一点的原子的光谱现象 无法解释谱线的强度等 知识点讲解 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 出现矛盾 ? 玻尔模型 复杂（氦）原子光谱 量子力学理论 玻尔模型 出现矛盾 否 定 建 立 否 定 建 立 出现矛盾 否 定 建 立 否 定 建 立 2. 原子结构理论的发展过程 知识点讲解 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 3. 玻尔模型的修改 电子在某处单位体积内出现的概率 — 电子云 conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1. 什么是线状谱，什么是连续谱？原子的发射光谱是怎样的光谱？不同原子的发射光谱是否有可能相同？ 课堂检测 2. 参考图，用玻尔理论解释，当巴耳末公式n＝5 时计算出的氢原子光谱的谱线，是 哪两个能级之间的跃迁造成的？ 课堂检测 3. 根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的前两条谱线所对应的n ，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？ 课堂检测 4. 如果大量氢原子处在n＝3 的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？ 课堂检测 5. 请用玻尔理论解释：为什么原子的发射光谱都是一些分立的亮线？ 课堂检测 6. 要使处于n＝2 的激发态的氢原子电离， 它需要吸收的能量为多大？ 课堂检测 7. 包含各种波长的复合光，被原子吸收了某些波长的光子后，连续光谱中这些波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱叫作吸收光谱。请用玻尔理论解释：为什么各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应？ conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 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。 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 总结与归纳 二、氢原子光谱的实验规律 可见光区谱线规律——巴尔末公式 n=3、4、5... 三、经典理论的困难 经典理论无法解释原子的稳定性和光谱的分立性 四、波尔原子理论的基本假设 1.轨道量子化 ②电子在轨道绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射 ①绕核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值 rn=n2r1,n=1、2、3 基态：能量最低的状态(离核最近) 激发态：其他的能量状态 E1=-13.6eV n=1、2、3 3.频率条件 hv=En-Em (n>m) 五、玻尔理论对氢光谱的解释 1.验证巴尔末公式 2.用图表示氢原子各能极 3.解释气体导电发光与特征谱线 六、波尔理论的局限性 无法解释复杂原子的光谱，原因是没有抛弃经典理论 conclusion 课后作业 FOUR 课后作业 添加分层作业链接 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 $$