4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦氢原子光谱规律与玻尔原子模型，通过“食盐灼烧发黄光”的生活现象导入，衔接原子结构基础，构建从光谱分类、实验规律到经典理论困难再到玻尔假设的知识支架。 其亮点在于以实验规律为基础，通过巴耳末公式推导、跃迁能量计算等实例，渗透模型建构与科学推理的科学思维，结合典例分析和分层小练培养问题解决能力。结构化小结帮助学生形成能量量子化等物理观念，教师可利用其清晰脉络提升教学效率。

第四章 原子结构和波粒二象性 4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 目 录 CONTENTS 1 学习目标 2 新课导入 3 新课讲解 4 课堂小结 5 典例分析 当堂小练 6 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。 学习目标 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？ 新课导入 一、光谱 1、光谱 光按波长（频率）和强度分布的记录。 用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开。 2、光谱的分类 光谱是连在一起的,一切波长的光都有（如炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱） ①连续谱： ：一些不连续的明线的光谱，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光（如稀薄气体、金属的蒸气或原子的发射光谱） ②线状光谱 (原子光谱） ⑴发射光谱: 由发光体直接产生的光谱 原子光谱: 是原子的特征谱线。 气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。 ⑵吸收光谱: 炽热的白光通过温度较低的物质气体时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。 吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。 钠的发射光谱 钠的吸收光谱 钠的发射光谱 钠的吸收光谱 3、光谱分析： 根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成的方法。 线状谱和吸收光谱(原子特征谱线) 非常灵敏、迅速。 检查物质纯度、发现新元素和研究天体的化学组成。 ⑴可应用于光谱分析的光谱： ⑵优点： ⑶应用： （含量达10-10g能测出） 二、氢原子光谱的实验规律 1、氢原子的光谱 巴耳末系波长公式： R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m-1 n＝3，4，5，... 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。 （可见光区的四条谱线） 原子内部电子的运动是原子发光的原因。因此，光谱是探索原子结构的一条重要途径。 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，... 三、经典理论的困难 核外电子绕核圆周运动 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 原子是稳定的 辐射电磁波频率只是某些特定值 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） 氢原子核式结构 实验事实： 四、玻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 + rn n=1 n=2 n=3 v - ——针对原子核式结构模型提出 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=∞ 原子的能量En：核外电子绕原子核运动时动能Ekn 原子所具有的电势能Epn的总和 电子的动能： 原子电势能： 原子总能量： 可与万有引力“高轨低速大周期，大机大势小引力”类比 电子沿不同的圆形轨道绕核运动时 原子有相对应的不同的确定的能量状态 + rn v e +Ze - 假设2：能量量子化（定态、能级） 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： ——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，原子具有不同的能量。 n=∞ ⑶电子轨道与原子能级的对应关系 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 电子轨道图 氢原子： + n=1 n=2 n=3 v - n=4 v - v - v - n=∞ 假设3：频率条件(跃迁假说） ——针对原子光谱是线状谱提出 + m n 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: - 五、玻尔理论对氢光谱的解释 轨道量子化： 氢原子： 能量量子化： 氢原子： 频率条件: 玻 尔 原 子 模 型 13.6 3.4 1.51 0.85 E/eV 0 1、电子从高能级向低能级跃迁 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。 - - 2、电子从低能级向高能级跃迁 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 六、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 1、玻尔理论的局限性 2、原子结构理论的发展过程 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 复杂（氦）原子光谱 量子力学理论 玻尔模型 建 立 否 定 建 立 否 定 建 立 否 定 否 定 观察与实验所获得的事实 建 立 科 学 模 型 提 出 科 学 假 说 玻尔模型 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 电子云 电子在某处单位体积内出现的概率 课堂小结 【例题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 典例分析 解析： 太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱和吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;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,选项B正确。 【例题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 解析： 巴耳末公式只能描述氢原子光谱中的一个线系,不能确定氢原子光谱中所有谱线对应的波长,A错误;根据巴耳末公式只能分析氢原子光谱,不能分析其他原子的发光光谱,B错误;巴耳末线系包括可见光区和部分紫外光区,C错误;氢原子光谱中有可见光区、红外光区和紫外光区,D正确。 D 【例题3】根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( ) A.当氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为hν＝En B.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是ν C.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一个半径为rb的轨道，已知ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子 D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁 C 解析： 氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不同，故A错误；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错误； 电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误. 【例题4】如图所示为氢原子能级图。大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光。用这些光照射金属钙。已知金属钙的逸出功为3.20 eV。能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有(　 　) A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 B 解析： 大量的处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同频率的光电子,它们的能量分别是E1=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,E2=-0.85 eV-(-3.40 eV)=2.55 eV,E3=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,E4=-1.51 eV-(-3.40 eV)=1.89 eV,E5=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,E6=-3.40 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV, 可见有三种光电子的能量大于3.20 eV,故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种,故B正确,A、C、D错误。 1、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（ ） A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的 C C：可能吸收一定频率的光子 AB：符合能量量子化的原理 D：符合轨道量子化的原理 当堂小练 2、如图所示为氢原子能级图。大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光。用这些光照射金属钙。已知金属钙的逸出功为3.20 eV。能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有(　 　) A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 B 解析：根据组合公式 ,可知,大量的处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同频率的光电子, 它们的能量分别是E1=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV, E2=-0.85 eV-(-3.40 eV)=2.55 eV,E3=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV, E4=-1.51 eV-(-3.40 eV)=1.89 eV,E5=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV, E6=-3.40 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV, 可见有三种光电子的能量大于3.20 eV,故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种,故B正确,A、C、D错误。 1 2 3 4 5 ∞ n 量子数 -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 E /eV 3、要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态，则照射光光的频率必须为多少？跃迁后能发出几种频率不同的光？ 解析：E1=-13.6eV，E4=-0.85eV 由基态跃迁到激发态需吸收能量，可用一定频率的光照射。则：吸收光子的能量hv=E4-E1。 V=(-0.85+13.6)x1.6x10-19/6.63x10-34 =3.08x1015Hz 6种 THANKS Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $