4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

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4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型复习实验结果绝大多数的粒子沿着原来方向前进少数粒子发生较大偏转极少数偏转超过90度有的几乎达到180度汤姆孙通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。复习实验结果绝大多数的粒子沿着原来方向前进少数粒子发生较大偏转极少数偏转超过90度有的几乎达到180度汤姆孙通过阴极射线管，发现了电子并测出其荷质比。复习原子的全部正电荷和几乎全部质量的集中在中心的原子核上，而电子则在核外空间绕核旋转。一、光谱1.定义：光按波长展开，获得光按波长（频率）和强度分布的记录。2.分类：（1）发射光谱（2）吸收光谱炽热的固体、液体及高压气体.一、光谱3.发射光谱：（1）连续谱①定义：② 产生：物体发光直接产生的光谱。由连续分布的含一切波长的光组成的光谱。（如白炽灯丝、烛焰、炽热的钢水发出的光）(2) 线状谱只含一些不连续亮线的光谱。不同的原子发射的线状谱不同；每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光。各种原子发射的光谱。①定义：②产生：③原子的特征谱线：稀薄气体或金属蒸汽（即游离态的原子）。 每种原子都有自己的特征谱线，利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法。④光谱分析：(2) 线状谱可以用来确定样品中包含哪些元素，还能确定遥远星球的物质成分。4. 吸收光谱白光通过物质时，一些频率的光被物质吸收后在连续光谱上出现一些暗线。（1）定义：（2）产生：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的线状光谱相对应。 表明：吸收光谱也是原子的特征谱线。 太阳光谱是吸收光谱。4. 吸收光谱（3）特点：二、氢原子光谱实验规律气体放电管： 玻璃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。二、氢原子光谱实验规律n的两层含义：第一：每一个n值分别对应一条谱线。第二：n只能取正整数3，4，5······，不能取连续值，说明了原子光谱波长的分立特性（线状谱）。（氢原子可见光区域符合）氢原子光谱的其他线系莱曼线系 紫外线区帕邢系红外线区核外电子绕核运动原子是稳定的原子光谱是线状谱 —— 分立三、经典理论的困难卢瑟福的核式结构与经典电磁理论的矛盾(一)电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定。经典理论认为事实原子是稳定的。卢瑟福的核式结构与经典电磁理论的矛盾(二)电子轨道变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率,连续变化,原子光谱应该是连续光谱经典理论认为事实原子光谱是线状谱假说1:轨道量子化与定态电子轨道半径只能是某些分立的数值，轨道也是量子化的电子绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。电子只能在某些特定轨道运动，而且不产生电磁辐射。四、波尔原子理论的基本假设假说1:轨道量子化与定态电子在不同的轨道上运动，原子具有不同的能量，原子的能量也是量子化的。能级：量子化的能量值。 定态：原子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：其他的状态轨道与能级相对应四、波尔原子理论的基本假设电子从高能级Em跃迁到低能级En（m>n）时，放出能量为hν的光子 hν＝Em-En称为频率条件（辐射条件）假说2:频率条件从低能级跃迁到高能级要吸收光子。辐射或吸收光子的能量等于两能级差。原子吸收光谱和发射光谱的明暗线相对应四、波尔原子理论的基本假设氢原子能级图原子能量包括电子动能及电子-原子核这个系统的电势能。原子处于基态时最稳定， 氢原子基态能量为处于激发态的原子会自发地向低能级跃迁，放出光子，最终回到基态。激发态的原子能量：五、波尔理论对氢光谱的解释1. 能级为n 的一群原子，向低能级跃迁时，可能产生不同频率的光的种数为 2. 能级为n 的一个原子，向低能级跃迁时，产生的谱线条数至多为 氢原子能级图五、波尔理论对氢光谱的解释5.原子从高能级向低能级跃迁时____光子， 轨道半径____，库仑力_______，电势能____， 电子动能______，原子能量____。 3. n=1定态（基态），原子能量最小，电子轨道半径最小；4.能级为n 的原子，电子轨道半径为辐射减小增加做正功减小减小能级越高，电子轨道半径越大五、波尔理论对氢光谱的解释6.原子能够吸收光子的条件：(2)光子能量：原子被电离，多余能量作为电子的动能。 hν > -En hν＝Em-En(1)光子能量：（跃迁） 原子只能吸收整个光子（要么不吸收）。（电离） 五、波尔理论对氢光谱的解释7.实物粒子能量大于或等于两能级之差则能使氢原子向高能级跃迁，多余能量仍为实物粒子动能。实物粒子：电子、质子、中子等原子能吸收实物粒子的部分动能。五、波尔理论对氢光谱的解释跃迁与电离例题：例1 对于基态氢原子，下列说法中正确的是 A．它能吸收10.2 eV的光子 B．它能吸收11 eV的光子 C．它能吸收14 eV的光子 D．它能吸收具有11 eV动能的电子的部分动能答案：ACD习题讲评2．如图所示为氢原子的能级图，若用能量为10.5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子　 A．能跃迁到n＝2的激发态上去 B．能跃迁到n＝3的激发态上去 C．能跃迁到n＝4的激发态上去 D．以上三种说法均不对答案：D答案：B3．如图所示为氢原子的能级图．用光子能量13.06eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射不同波长的光有多少种答案：BA．15 B.10 C．4 D．1【解析】吸收13.06 eV能量后氢原子处于量子数n＝5 的激发态，可产生10种不同波长的光例1 μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．图为μ氢原子的能级示意图．假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于 n＝2 能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于答案：CA．h(ν3－ν1)B．h(ν5＋ν6)C．hν3 D．hν4例5　一个氢原子辐射出一个光子后，则A．电子绕核旋转半径增大B．电子动能增大C．氢原子电势能增大D．原子的能级值增大解析：把绕核旋转的电子类比卫星绕地球转，放出光子，总能量变小，类比于卫星能量减小后必由高轨道向低轨道运动，动能增大，势能减小．对应能级减小．答案：B 例2　氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV.下列说法中错误的是A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光答案：D 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性．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．氦原子光谱量子化条件的引进没有适当的理论解释。六、玻尔模型的局限性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?玻尔模型复杂（氦）原子光谱量子力学理论 玻尔模型观察与实验所获得的事实建 立 科 学模型提出科学假说拓展与提高怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念？关键：用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率——电子云原子结构的认识史学以致用