高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 氢原子光谱和玻尔的原子模型教课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 氢原子光谱和玻尔的原子模型教课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了线状谱，特征谱线，线状光谱，稳定性，库仑力，原子核，量子化，电磁辐射，激发态，能量差等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　任务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。任务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。任务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。任务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。
[问题初探]　问题1．什么叫光谱？光谱的类型有哪些？问题2．光谱分析需要用什么谱线？问题3．巴耳末公式的适用条件是什么？问题4．在玻尔原子模型中哪些方面用到了量子假设？哪些方面量子的概念不彻底？
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　如图所示为光谱的形成及几种常见光谱。
知识点一　光谱及氢原子光谱的实验规律
仔细观察，请思考：(1)光谱是怎样形成的？(2)光谱的类型有哪些？
提示：(1)复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案便是光谱。(2)光谱可分为发射光谱和吸收光谱。发射光谱又包含连续谱和线状谱。
1．光谱(1)定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按____(频率)展开，获得____(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)分类①线状谱：有些光谱是一条条的____，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。②连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的____，叫作连续谱。
③特征谱线气体中中性原子的发光光谱都是______，且不同原子的亮线位置____，故这些亮线称为原子的____谱线。(3)光谱分析①定义：利用原子的________来鉴别物质和确定物质的组成成分。②优点：灵敏度高。
由于各种元素的原子结构不同，在光源的作用下都可以产生自己的特征光谱。如果一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中有这几种元素。光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素，精度、灵敏度高，且不需纯样品，只需利用已知谱图即可进行光谱定性分析。如图甲所示为a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱。
问题1．通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？问题2．请说出你的依据。
提示：1．b元素、d元素。2．由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素和d元素的谱线在该线状谱中不存在。
1．光谱和光谱分析(1)光谱产生条件及特点
(2)光谱分析应用：①应用光谱分析发现新元素。②鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。③应用光谱分析鉴定食品优劣。
特别提醒：同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的，光谱分析可用吸收光谱，也可用线状谱，连续谱不能用于光谱分析，光谱分析时只能用特征谱线。
2．氢原子光谱(1)氢原子光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱，在可见光区内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示，氢原子受激发只能发出几种特定频率的光，如图所示。(2)氢原子光谱特点①不连续，只由亮线组成。②不同色，每种颜色对应一种波长。③不等距，相邻两种光的波长间距不同。
特别提醒：(1)巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。(2)除了巴耳末系，氢原子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。
【典例1】　(光谱和光谱分析)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，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
C　[太阳光谱是吸收光谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成，故A错误；霓虹灯产生的是线状谱，炼钢炉中炽热铁水产生的是连续谱，故B错误；强白光通过酒精灯火焰上的钠盐形成的是吸收光谱，故C正确；发射光谱既可以是线状谱，也可以是连续谱，只有线状谱才能进行光谱分析，故D错误。]
[链接教材]　如图为氢原子的电子轨道示意图。
知识点二　玻尔原子理论的基本假设
卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？
提示：(1)相同点：①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上；②带负电的电子在核外运转。(2)不同点：卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的。玻尔模型：半径r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的。
1．玻尔原子模型(1)原子中的电子在______的作用下，绕______做圆周运动。(2)电子绕核运动的轨道是______的。(3)电子在这些轨道上绕核的运动是____的，不产生________。2．定态当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有____的能量，即原子的能量只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作____。原子具有确定能量的稳定状态，称为____。能量最低的状态叫作____，其他的状态叫作______。
3．跃迁当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)_____到能量较低的定态轨道(能量记为Em，n>m)时会____能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的______决定，即hν＝_______，这个式子被称为频率条件，又称____条件。
[微提醒]　如果光子能量不满足两个能级之间能量的差值，则电子不发生跃迁。
玻尔认为，电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动，如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m，其他的玻尔半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等，玻尔半径不可能是介于这些值之间的中间值。
问题1．经典物理学的观点是怎样的？问题2．玻尔对氢原子核外电子的运动又是怎样解释的？
提示：1．根据经典理论，随着不断向外辐射能量的电子能量的减少，电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小，于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就像绕地球运动的人造地球卫星受到阻力作用不断损失能量后，要落到地面上一样。2．电子绕核做圆周运动，尽管在高速旋转，但并不向外辐射能量，电子是稳定的。
1．轨道量子化(1)轨道半径是一些不连续的、某些分立的数值。(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。2．能量量子化(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。
【典例3】　(玻尔理论的假设)(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有(　　)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，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，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。]
[链接教材]　仔细观察氢原子的能级图。
知识点三　玻尔理论对氢光谱的解释　玻尔理论的局限性
(1)能级间的距离代表的是什么？(2)激发态向基态跃迁的条件是什么？(3)基态向激发态跃迁的条件是什么？(4)基态氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁吗？
提示：(1)代表能级间能量值的差。(2)无条件，可自发跃迁。(3)受到激发，如光照、碰撞、加热等。(4)不能，假设基态能吸收此11 eV的光子，则吸收光子后所在能级的能量为－2.6 eV，无此能级。
1．解释巴耳末公式巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的________的量子数n和2。2．解释气体导电发光通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到______，处于激发态的原子是______的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出____，最终回到基态。
3．解释氢原子光谱的不连续性原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个________。由于原子的能级是____的，所以放出的光子的能量也是____的，因此原子的发射光谱只有一些____的亮线。4．解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构，____各不相同，因此辐射(或吸收)的________也不相同。
5．玻尔理论的局限性(1)成功之处玻尔的原子理论第一次将________引入原子领域，提出了__________的概念，成功解释了______光谱的实验规律。(2)局限性保留了________的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的____运动。
(3)电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置出现____的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像____一样分布在原子核周围，故称______。
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子。
问题1．若从E3跃迁到E1，是否只有E3→E1一种可能？问题2．如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多能辐射出多少条谱线？
3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。hν＝En－Em(En、Em是始、末两个能级的能量且m