人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性4-4氢原子光谱和波尔的原子模型课件

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第四章 原子结构和波粒二象性4　氢原子光谱和波尔的原子模型知识点一 　光谱1.下图是光谱形成过程示意图,核心部件是棱镜,其作用是什么?答案:同种介质对不同频率的光折射率不同,光源发出的光经过棱镜后,不同频率的光偏折程度不同,所以光经过棱镜之后,不同频率的光在光屏上按波长(频率)和强度有规律地排列,形成光谱.2.观察教材上钨丝白炽灯的光谱,有什么特点?如何得到这种光谱?答案:钨丝白炽灯的光谱包含各种频率(波长)成分的光且连续变化,这种光谱叫作连续谱;炽热的固体、液体和高压气体发光产生的光谱都是连续谱.3.线状谱.(1)线状谱:光谱由一条条分立的 组成,这种光谱叫作线状谱.(2)原子的特征谱线:不同原子发光形成线状谱时的亮线位置 ,说明不同原子的 是不一样的,这些亮线被称为原子的特征谱线.(3)应用:每种原子都有自己的特征谱线,可以用来 物质和确定物质的组成 ,这种方法称为 ,它的优点是灵敏度高.亮线不同发光频率成分鉴别光谱分析知识点二　 氢原子光谱的实验规律1.观察如图所示的氢原子的光谱,说一说光谱的特点.答案:氢原子光谱属于线状谱,可见光范围内有四条分立的谱线,四条谱线的波长(频率)不同.  里德伯常量知识点三　经典理论的困难1.右图为经典物理中电子绕原子核转动的情景图,按照经典电磁理论原子系统是稳定的吗?答案:核外电子受到原子核的库仑引力的作用,以一定的速度绕核运动.按照经典电磁理论,运动的电荷不断辐射出电磁波,能量不断减少,电子绕核运动的轨道半径也应减小,最后电子会坠落到原子核上.由此判断,电子绕核转动这个系统应是不稳定的.事实上,原子是个很稳定的系统.2.经典电磁理论是如何解释原子发光问题的?按照经典理论原子的光谱是线状谱还是连续谱?答案:经典电磁理论认为电子绕原子核运动要辐射电磁波,即原子发光,辐射电磁波的频率等于它绕核转动的频率;电子不断辐射能量,其轨道半径不断变化,运动的频率也不断变化,大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱.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.知识点四　 玻尔原子理论的基本假设1.玻尔原子理论是在什么背景下提出的?是为了解决什么问题?答案:玻尔理论是在经典理论解释原子结构方面遇到困难的情况下提出的;为了解决原子结构的稳定和原子的发光问题,玻尔提出了自己的原子结构假说.2.玻尔原子理论的基本假设.(1)轨道量子化与定态.①轨道量子化:原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动,电子的轨道是 ,电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的,不产生 ,所以原子是稳定的.量子化的电磁辐射②定态:电子只能在特定轨道上运动,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 ,原子中这些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 .(2)频率条件.当电子从能量较高的定态轨道,跃迁到能量较低的定态轨道时,会 ;当原子从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道时,会 ;放出和吸收光子的能量由 决定,光子的频率满足 ;由于能级不连续,能级的能量差也不连续,所以原子光谱为 .能级定态基态激发态放出光子吸收光子前后两个能级的能量差hν=En-Em(m13.6 eV时,氢原子能够吸收光子使电子电离,且电子具有动能.②原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差(E=En-Ek,n>k),均可使原子发生能级跃迁.【典例4】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 (　　)A.原子要吸收光子,电子的动能增大,电势能增大B.原子要放出光子,电子的动能减小,电势能减小C.原子要吸收光子,电子的动能增大,电势能减小D.原子要吸收光子,电子的动能减小,电势能增大 答案:D(1)当轨道半径减小时,库仑引力做正功,电势能减小,电子动能增大,辐射光子,原子能量减小.(2)当轨道半径增大时,电势能增大,电子动能减小,原子能量增大.【典例5】如图所示,氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,可以辐射出能量为2.55 eV的光子.(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量,才能使它辐射上述能量的光子?(2)获得该能量后,氢原子发出光子的最长波长是多少?已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.(3)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.解析:(1)氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,满足hν=En-E2=2.55 eV,故En=hν+E2=-0.85 eV,由氢原子能级图可知n=4,基态氢原子要从n=1的能级跃迁到n=4的能级,至少应提供的能量ΔE=E4-E1=12.75 eV.答案:(1)12.75 eV　(2)1.88×10-6 m　(3)见解析图. 【变式】(2023·广东深圳)有些金属原子受激后,从某激发态跃迁回基态时,会发出特定颜色的光.图甲为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值,钠原子发出频率为5.09×1014 Hz的黄光;可见光的光谱如图乙所示.锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为(　　)A.红　　 B.橙 C.绿 D.青解析:由玻尔理论和普朗克量子假说可知E=hν,根据题图甲有ENa=hνNa,ELi=hνLi,得νLi≈4.48×1014 Hz,对比题图乙可知,锂原子从激发态跃迁回基态时发光颜色为红.故A正确.答案:A课堂评价1.关于玻尔的原子模型理论,下列说法正确的是 (　　)A.原子可以处于连续的能量状态中B.原子的能量状态不是连续的C.原子中的核外电子绕核做变速运动一定向外辐射能量D.原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的答案:B解析:玻尔意识到经典物理在解释原子结构问题上遇到了困难,引入量子化观念建立了新的原子模型理论,主要内容为电子轨道是量子化的,原子的能量是量子化的,处在定态的原子不向外辐射能量,选项B正确.2.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分,关于光谱分析,下列说法正确的是(　　)A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线,由于光谱的不同,它们没有关系答案:B解析:高温物体的发射光谱包括各种频率的光,与其组成成分无关,故选项A错误.某种物质发射的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱对照,即可确定物质的组成成分,选项B正确.高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线与通过的物质有关,选项C错误.某种物质发出某种频率的光,当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光,因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应,选项D错误.3.(多选)下列论断正确的是　 (　　)A.按经典电磁理论,核外电子受原子核的库仑引力,不能静止,只能绕核运转,电子绕核加速运转,不断地向外辐射电磁波B.按经典理论,绕核运转的电子不断向外辐射能量,电子将逐渐接近原子核,最后坠落到原子核上C.按照卢瑟福的核式结构理论,原子核外电子绕核旋转,原子是不稳定的,说明该理论不正确D.经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体,但不能用于解释原子世界的现象答案:ABD解析:卢瑟福的核式结构理论没有问题,问题主要出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象.4.(2022·广东阳江)北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源,计划于2025年建成.同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段,波长范围约为10-5 ~10-11 m,对应能量范围约为10-1 ~105 eV)、光源亮度高、偏振性好等诸多特点,在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用.速度接近光速的电子在磁场中偏转时,会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射,这个现象最初是在同步加速器上观察到的,称为“同步辐射”.以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV,回旋一圈辐射的总能量约为104 eV.下列说法正确的是 (　　)A.同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样B.用同步辐射光照射氢原子,不能使氢原子电离C.蛋白质分子的线度约为10-8 m,不能用同步辐射光得到其衍射图样D.尽管向外辐射能量,但电子回旋一圈后能量不会明显减小解析:同步辐射是高速电子在磁场中偏转时,沿圆弧轨道切线自发辐射光能的过程,氢原子发光是由高能级跃迁到低能级时辐射光,两者的机理不同,故A错误;用同步辐射光照射氢原子,总能量约为104 eV,大于电离能13.6 eV,则氢原子可以电离,故B错误;同步辐射光的波长范围约为10-5~10-11 m,与蛋白质分子的线度约为10-8 m差不多,故能发生明显的衍射,故C错误;以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV,回旋一圈辐射的总能量约为104 eV,则电子回旋一圈后能量不会明显减小,故D正确.答案:D5.有一群处于n=4能级上的氢原子.已知里德伯常量R∞=1.10× 107 m-1.(1)这群氢原子发光的谱线有几条?(2)根据巴耳末公式计算出可见光中的最大波长是多少?解析:(1)这群氢原子的能级图如图所示,由图可以判断出,这群氢原子可能发生的跃迁共有6种,所能发出的谱线共有6条.答案:(1)6　(2)6.545×10-7 m