4.4氢原子光谱和波尔的原子模型 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 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.连续谱和线状谱 每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质、确定物质的组成成分。 3.原子发光的光谱是线状谱 光谱分析 可见光区谱线规律——巴尔末公式 n=3、4、5... 二、氢原子光谱的实验规律 氢原子只能发出一些列特定频率（波长）的光 三、经典理论的困难 核外电子绕核运动 辐射电磁波 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，连续光谱 事实上：原子是稳定的 辐射电磁波频率只是某些确定的分力值 经典理论无法解释原子的稳定性和光谱的分立性 （变化的电磁场） 四、玻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 氢原子： rn=n2r1,n=1、2、3 r1=0.053nm r2=0.212nm 2.定态 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。 (1)能级：各轨道上量子化的能量 (2)定态：原子中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：其他的能量状态 氢原子：E1=-13.6eV 量子数n=1、2、3 （能量量子化） 3.频率条件 原子的变化只能是从一个稳定态跃迁到另一个稳定态。 低能级（Em） 电子吸收光子， 原子能量增加, 动能减小，电势能增加 高能级（En） 电子辐射光子， 原子能量减少， 动能增大，电势能减小 hv=En-Em (n>m) 跃迁假说 氢原子能级图 (1)一群氢原子处于n=4能级，向低能级跃迁时能放出几种不同频率的光子？能量分别多大？ 发光种类： (2)一群氢原子处于n=5能级，向低能级跃迁能放出几种不同频率的光子？ 波长最大的光子？ 频率最大的光子？ 四、玻尔理论对氢光谱的解释 －－－－－－－－－－－－－－－－－ １ ２ ３ ４ ５ -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 n E/eV ∞ 赖曼系 巴尔末系 帕邢系 布喇开系 波尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱系线。 玻尔理论对氢光谱的解释 氢原子只能放出一些列不同频率的光！ 氢原子能级图 常见问题1：原子电离 问题：要使处于基态的氢原子电离，需要吸收多少能量？能量从哪儿来？ 电离态 电子脱离原子核束缚成为自由电子 所吸收的能量，多余的能量为电子脱离原子时的动能。 ：已知氢原子基态能量为E1，激发态的能量 。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，能使氢原子从n=2的第一激发态电离的光子的最大波长为（ ） C 氢原子能级图 问题：用光子能量在10~12.9eV范围内的光照射一群处于基态的氢原子，能放出几种不同频率的光？ 常见问题2：受激辐射 气体导电发光与特征谱线的解释 气体放电管产生阴极射线，气体原子受到高速运动的电子的撞击，发生跃迁到激发态，再向低能级跃迁，放出光子，最终回到基态。 不同原子结构不同 →能级不同 →辐射光子 频率不同 跃迁时发射光子的能量各异。 →特征谱线 五、玻尔理论的局限性 1.玻尔原子模型只能解释氢原子光谱的实验规律，但无法解释其它原子的光谱现象。 尼尔斯·玻尔 2.玻尔发展了核式结构模型，但保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。 修正波尔理论 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 原子不可分 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 $$