4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型（教学课件）—2025-2026学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

这是一份高中物理同步教学课件，共40页，围绕“氢原子光谱和玻尔的原子模型”展开，包含光谱概念、氢原子光谱实验规律、经典理论困难、玻尔原子理论假设、能级跃迁及拓展学习等内容，通过课堂导入、新知探究、课堂小结和当堂检测构建完整学习支架。 资料特色突出，以“食盐灼烧发黄光”生活现象导入激发兴趣，结合氢原子光谱实验装置图示培养科学探究能力，通过玻尔理论的轨道量子化、能量量子化模型建构发展科学思维，光谱分析应用（如鉴别物质、天体研究）体现科学态度与责任，帮助学生建立微观物理观念，为教师教学提供逻辑清晰的实践支持。高中学生学习时需适应从宏观到微观的抽象思维转变，资料通过实例和分层讲解降低理解难度，助力学生掌握高考重点。

第四章 原子结构和波粒二象性 第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册 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生其他颜色的光呢？ 课堂导入 课堂导入 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 5.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。 6. 了解玻尔理论的局限性。 学习目标 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，即光谱。 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 2.光谱的分类： 发射光谱和吸收光谱 光 谱 新知探究 ①连续谱：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。 新知探究 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，所以也叫原子光谱。 新知探究 太阳光谱 连续光谱 H的发射光谱 Na的辐射光谱 Na的吸收光谱 原子的特征谱线：每种原子只能发出具有本身特征的特定频率（或波长）的光，不同原子亮线的位置不同，这些亮线称为原子的特征谱线。（线状谱和吸收光谱都是原子的特征谱线） 光谱分析：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。其优点是灵敏度高， 样本中一种元素的含量达到10−13 kg时就可以被检测到。 新知探究 钨丝白炽灯的光谱 铁电极弧光的光谱 分子状态的氢光谱 钡光谱 由于每一种元素都有自己的特征谱线，可以通过原子的特征谱线来鉴别物质、确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13g时就可以被检测到，常用于发现新元素和研究天体的化学组成。 新知探究 氢的 吸收光谱 氢的 明线光谱 氢原子是最简单的原子，光谱也最简单。 光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。 新知探究 原子内部电子的运动是原子发光的原因，因此，光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。 1885年，瑞士科学家巴耳末发现： 巴耳末公式： n=3,4,5，… 式中叫作里德伯常量，实验测得的值为 新知探究 观察氢原子的光谱实验 氢气光谱管 分光镜 电源 高压感应线圈 光谱管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。 新知探究 观察氢原子的光谱实验 新知探究 其他谱线 莱曼线系 红外区有三个线系 帕邢系 布喇开系 普丰德系 紫外线区 n = 2，3，4 … n = 4，5，6 … n = 5，6，7 … n = 6，7，8 … 新知探究 新知探究 新知探究 根据经典电磁理论，电子辐射电磁波的频率，就是它绕核转动的频率。随着绕核运动轨道半径的不断变化，电子运动的频率也要不断变化，因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样，大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续光谱。然而，事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的分立的线状谱。 尽管经典物理学可以很好地应用于宏观物体，但它不能解释原子世界的现象。 新知探究 丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说。 新知探究 普朗克黑体辐射的量子论 爱因斯坦的光量子论 波尔原子结构假说： 轨道量子化 能量量子化 跃迁假说 新知探究 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 轨道量子化： + rn v n=1 n=2 n=3 - 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 新知探究 2.定态（能量量子化） 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 n=1、2、3 n=1 n=2 n=3 E3 E1 E2 基 激 激 新知探究 3.频率条件 原子系统的变化只能是从一个稳定态，完全跃迁到另一个稳定态。 低能级（Em） 电子吸收光子克服库仑引力做功，原子能量增加 高能级（En） 电子辐射光子，原子能量减少 hv=En-Em (n>m) 新知探究 1.验证巴尔末公式 根据波尔理论，氢原子核外只有一个电子，它绕原子核做圆周运动，轨道半径和能量都是分立的。 + - hv=E3-E2 因此，巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为 n= 3，4，5，…的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。 新知探究 氢 原 子 的 能 级 图 激发态 基态 ∞ n ５ ２ ３ -3.4 ４ -1.51 -0.85 -0.54 0 eV E/eV １ -13.6 赖曼系 玻尔理论还能很好地解释甚至预言氢原子其他谱线系 巴 耳 末 系 帕邢系 布 喇 开 系 普 丰 德 系 新知探究 巴耳末系 巴耳末公式中的正整数n和2正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 新知探究 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 新知探究 解释气体导电发光与特征谱线 气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，发生跃迁到激发态，放出光子，最终回到基态。 能级分立 →能量分立 →分立的亮线 各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异。 →特征谱线 新知探究 1.吸收光子（光照） 电离后的自由电子动能： 对于能量大于或等于13.6eV的光子：氢原子电离，原子结构被破坏 （En<0） 电离条件： 2.吸收实物粒子能量（碰撞、加热） 只要实物粒子（如：电子、α粒子等）的能量足以使氢原子向高能级跃迁，就可以被氢原子全部吸收或部分吸收而使氢原子向高能级跃迁，多余能量由实物粒子保留，仍为实物粒子动能。 新知探究 1 2 3 4 5 ∞ n 量子数 -13.6 -3.4 -1.51 -0.85 -0.54 0 E /eV 一群氢原子处于n=4激发态，最多向外辐射多少种频率的光子？ =6种 氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时，可能直接跃迁到基态，也可能先跃迁到其他低能级的激发态，然后再到基态。因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能为 种情况。 新知探究 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。 拓展学习1：一群原子和一个原子 新知探究 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况的辐射（或吸收）光子的频率不同，但都满足频率条件。 拓展学习2：直接跃迁与间接跃迁 新知探究 hν=En-Em只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况,对于光子和原子作用使原子电离的情况,则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6 eV,只要能量大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大。 拓展学习3：跃迁与电离 新知探究 光谱 氢原子光谱的实验规律 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 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，即光谱。 n=3,4,5，… 课堂小结 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 事实上：原子是稳定的 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） 辐射电磁波频率连续变化，连续光谱 辐射电磁波频率只是某些确定值 课堂小结 经典困难 光谱 解释 理论 局限 玻尔 假设 无法解释原子的稳定及光谱的不连续问题 轨道、能级、跃迁 保留了经典粒子的观念，无法解释复杂的光谱现象 课堂小结 1.关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（    ） A．太阳光谱是连续谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成 B．霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱，都是线状谱 C．强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，形成的是吸收光谱 D．进行光谱分析时，可以利用连续光谱，也可以用吸收光谱 C 当堂检测 2.（多选）地球上接收到的太阳光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。下列说法正确的是( ) A．太阳光谱是连续光谱 B．太阳表面大气层中存在着相应的元素 C．这些暗线是由于太阳光通过太阳大气层中温度较低的气体时被气体吸收形成的 D．这些暗线是由于太阳光通过太阳大气层中温度较低的气体时发射的 BC 当堂检测 3.巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式，对此，下列说法正确的是（   ） A．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 C．巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式 D．巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际，其波长的分立值并不是人为规定的 C 当堂检测 4.关于玻尔的氢原子模型，下列说法正确的是（    ） A．按照玻尔的观点，电子在一系列定态轨道上运动时向外辐射电磁波 B．电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁到高能级 C．原子只能处于一系列不连续的能量状态中，其中“基态”的原子能量最大 D．玻尔的氢原子模型彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷，原子结构从此不再神秘 B 当堂检测 5.图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=4的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠，则（　　） A．用0.80eV的光子照射n=4能级的氢原子，可使氢原子电离 B．n=4跃迁到n=1放出的光子波长最长 C．有4种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D．逸出光电子的最大初动能为12.75eV C 当堂检测 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $