人教版高中物理选修性必修第三册 4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型

氢原子光谱和玻尔的原子模型 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。 一、光谱1.光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。 分类：发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。定义：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。一、光谱2.发射光谱 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。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光谱。一、光谱（1）连续光谱 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。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。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。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。一、光谱（2）明线光谱 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。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。这表明，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谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。一、光谱3.吸收光谱 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既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和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10-13kg时就可以被检测到。 二、氢原子光谱的实验规律许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。氢气光谱管分光镜高压电源 二、氢原子光谱的实验规律许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。 二、氢原子光谱的实验规律 二、氢原子光谱的实验规律氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。有两层含义，一是取一个值，可求出氢光谱中一条谱线的波长说明每一个值分别对应一条谱线，二是值只能取正整数值3，4，5，……巴耳末公式：里德伯常量 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 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，也就是说，电子的轨道是量子化的。 四、玻尔原子理论的基本假设假说2：定态（能级）假说针对原子的稳定性提出电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。根据玻尔理论，电子只能在特定轨道上运动，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。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能级：量子化的能量值。定态：原子中这些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：其他的状态。123假说2：定态（能级）假说针对原子的稳定性提出E412345E1E3E2E5E∞n基态激发态 四、玻尔原子理论的基本假设假说3：频率条件（跃迁假说）针对原子光谱是线状谱提出E412345E1E3E2E5E∞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：（>） 四、玻尔原子理论的基本假设假说3：频率条件（跃迁假说）针对原子光谱是线状谱提出E412345E1E3E2E5E∞n基态激发态（>）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 五、玻尔理论对氢光谱的解释rn=n2r1En=E1/n2r1=0.053nm（n=1，2，3，···）玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢电子可能的轨道半径和对应的能量值。E1=-13.6eV 五、玻尔理论对氢光谱的解释赖曼系（紫外线）巴耳末系（可见光）帕邢系（红外线）布喇开系逢德系N=1N=2N=3N=4N=5N=6成功解释了氢光谱的所有谱线+ 五、玻尔理论对氢光谱的解释 五、玻尔理论对氢光谱的解释 五、玻尔理论对氢光谱的解释 五、玻尔理论对氢光谱的解释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。 六、玻尔理论的局限性汤姆孙发现电子汤姆孙的枣糕模型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枣糕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复杂（氦）原子光谱波尔模型出现矛盾出现矛盾否定建立否定建立否定建立波尔模型否定量子力学理论建立电子云 1．按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的是（）A．电子的动能变大，电势能变大，总能量变大B．电子的动能变小，电势能变小，总能量变小C．电子的动能变小，电势能变大，总能量不变D．电子的动能变小，电势能变大，总能量变大D 2．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为Eʹ的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则Eʹ等于（）A．B．C．D．C 3．欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是（）A．用10.2eV的光子照射B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射D．用11eV的电子碰撞ACD 4．一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光子，且ν1>ν2>ν3，则（）A．被氢原子吸收的光子的能量为hν1B．被氢原子吸收的光子的能量为hν2C．ν1=ν2+ν3D．被氢原子吸收的光子的能量为hν1+hν2+hν3AC