4.4.1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（课时1） 1 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。 导入 1．定义 用棱镜或者光栅把光按波长(频率)展开，得到光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱。 光谱 线状谱 连续谱 2．分类 吸收光谱 一、光谱 一、光谱 (1) 连续光谱 由连续分布的一切波长的光组成的光谱叫做连续谱。 炽热的固体、液体及高压气体的光谱是连续谱，例如：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续谱。 一、光谱 (2) 线状谱 只含有一些不连续的亮线的光谱叫线状谱。线状谱中的亮线叫谱线，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线状谱。 线状谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。 各种原子的发射光谱都是线状光谱，说明原子只发出几种特定频率的光。 不同原子的亮线位置（谱线）不同，说明不同原子的发光频率不同。因此线状光谱的谱线被称为原子的特征谱线。 一、光谱 (3)吸收光谱：连续谱中某些波长的光被物质吸收后的光谱 Na的发射光谱 Na的吸收光谱 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。 一、光谱 3．光谱分析 (1)定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分． (2)优点：灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10−13 kg时就可以被检测到。同种物质吸收光谱中的暗线与它线状谱中的明线相对应，线状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。 一、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，如图所示。 可见光区 二、氢原子光谱的实验规律 1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示： 式中叫里德伯常量，=1.10×，它确定的这一组线谱称为巴耳末系。 二、氢原子光谱的实验规律 n=3、4、5... 氢原子光谱的其他线系 莱曼线系 红外区还有三个线系 帕邢系 布喇开系 普丰特系 紫外线区 n = 2，3，4 … n = 4，5，6 … n = 5，6，7 … n = 6，7，8 … 二、氢原子光谱的实验规律 卢瑟福原子核式模型很好地解释了α粒子散射实验，无法解释原子光谱的分立特性。 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 事实上：原子是稳定的 辐射电磁波频率只是某些确定值 三、经典理论的困难 了解到卢瑟福的原子模型所遇到的困难，他认为产生困难的原因不在于模型本身，而在于经典理论。 在巴耳末简洁公式、普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦光子说的启发下，玻尔大胆提出自己的原子结构假说。 轨道量子化 能量量子化 跃迁假说 玻尔原子理论的基本假设内容 四、玻尔原子理论的基本假设 1．轨道量子化与定态 (1)电子的轨道是量子化的 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。 (2)原子的能量只能取一系列特定的值 原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态。原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的。 四、玻尔原子理论的基本假设 　量子数 n=5 n=3 n=2 n=1 n=4 n= E1 E2 E3 E4 E5 E —— 基态 激发态 + n=1 n=2 n=3 - 电子 原子核 轨道图 能级图 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 2．频率条件 跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。 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hν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hν＝En- Em。 这个式子称为频率条件，又称辐射条件。反之吸收光子。 四、玻尔原子理论的基本假设 原子的能量及变化规律： 四、玻尔原子理论的基本假设 氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和。 (3)当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之电势能减小。电子在可能的轨道上绕核运动时，r增大，则Ek减小，Ep增大，E增大；反之，r减小，则Ek增大，Ep减小，E减小，与卫星绕地球运行相似。 选无穷远处电势能为零 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 ①连续谱：光谱是连在一起的光带。 ②线状谱：光谱是一条条分立的亮线。 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 知识总结 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.轨道量子化 3.跃迁假说 知识总结 1．太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于( 　　)A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素 太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的光通过太阳表面大气层时某些频率的光被吸收造成的，因此，太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素，故C正确。 课堂检测 C 课堂检测 2．(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物质的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物质中缺乏的是( 　　) A．a元素 B．b元素C．c元素 D．d元素 BD 太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的光通过太阳表面大气层时某些频率的光被吸收造成的，因此，太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素，故C正确。 课堂检测 3．(多选)玻尔提出的原子模型中的假设有( 　　)A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 ABC A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子的定态概念与能级跃迁学说，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合，电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关。 课堂检测 4.(多选)关于玻尔理论，以下论断正确的是( 　　)A．原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量D．不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量 AD 由轨道量子化假设知A正确；根据能级假设和频率条件知不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以B、C错误，D正确。 5．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中(　　) A．电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大 B．电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大 C．电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小 D．电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大 D 课堂检测 谢谢 单击此处添加副标题内容 25 Lavf56.15.102 $$