4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型課件高二下學期物理人教版選擇性2

4.4氫原子光譜和玻爾的原子模型選擇性必修第三冊&第四章

原子結構和波粒二象性授課教師：xxx

把食鹽放在火中灼燒，會發(fā)出黃色的光。食鹽為什么發(fā)黃光而不發(fā)其他顏色的光呢？課堂引入1、光譜：用棱鏡或光柵可以把物質發(fā)出的光按波長展開，獲得波長和強度分布的記錄。紅橙黃綠青藍紫早在17世紀，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象光譜的分類：發(fā)射光譜和吸收光譜。一、光譜—定義連續(xù)譜線狀普發(fā)射光譜由發(fā)光體直接產生的光譜（光譜是一條條的亮線）

實驗證明，各種原子發(fā)射的光譜都是線狀譜，說明原子只能發(fā)出幾種具有本身特征的特定波長的光。不同原子亮線的位置不同，因此這些亮線稱為原子的特征譜線。吸收光譜

高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質時，某些波長的光被物質吸收后產生的光譜，叫做吸收光譜。即連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)的一些暗線。2、分類（連續(xù)分布，一切波長的光都有）明線譜中的亮線叫譜線，對應不同波長的光一、光譜—分類3、光譜分析：(1)原子的特征譜線：每種原子只能發(fā)出具有本身特征的特定頻率（或波長）的光，不同原子亮線的位置不同，這些亮線稱為原子的特征譜線。（線狀譜和吸收光譜都是原子的特征譜線）(2)光譜分析：利用原子的特征譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分。這種方法稱為光譜分析。其優(yōu)點是靈敏度高,樣本中一種元素的含量達到10?13kg時就可以被檢測到。一、光譜—光譜分析

氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜。二、氫原子光譜的實驗規(guī)律—放電管可見光區(qū)氫原子在可見光區(qū)的四條譜線3、可見光的波長范圍：

4.0×10-7m～7.6×10-7m(400nm～760nm)。1、氫原子在可見光區(qū)有四條譜線。氫原子光譜呈現(xiàn)分立的明線條紋，在可見光區(qū)內，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。紫外區(qū)紅外區(qū)2、氫原子的譜線由不同色亮線組成，每種顏色對應著一種波長。1.氫原子的光譜二、氫原子光譜的實驗規(guī)律—氫原子光譜氫原子的譜線在可見光區(qū)有四條，每種顏色對應著一種波長。

1885年，瑞士科學家巴耳末對當時已知的氫原子在可見光區(qū)的4條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長可以用一個公式表示：2.巴耳末公式公式意義：●每一個n值分別對應一條譜線●體現(xiàn)原子光譜波長具有分立特性

除了巴耳末系，后來發(fā)現(xiàn)的氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式。二、氫原子光譜的實驗規(guī)律—巴耳末公式經典理論的困難

巴爾末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長的分立特征。盧瑟福原子核式模型正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實驗。但是，經典物理學既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征。電子繞核轉動的經典圖景三、經典理論的困難—困難原子是穩(wěn)定的

電子繞核運動時，產生變化的電磁場，將不斷向外輻射電磁波，電子的能量不斷損失，其軌道半徑不斷縮小，最終落在原子核上,而使原子變得不穩(wěn)定．經典理論認為事實矛盾一：無法解釋原子的穩(wěn)定性三、經典理論的困難—矛盾一

由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率等于繞核運動的頻率，連續(xù)變化，原子光譜應該是連續(xù)光譜。經典理論認為事實

原子光譜是不連續(xù)的線狀譜為了解決這個矛盾，1913年丹麥的物理學家玻爾在盧瑟福學說的基礎上，把普朗克的量子理論運用到原子系統(tǒng)上，提出了自己的原子結構假說。矛盾二：無法解釋原子光譜的分立性三、經典理論的困難—矛盾二普朗克黑體輻射的量子論愛因斯坦的光量子論波爾原子結構假說1.軌道量子化2.能量量子化3.躍遷假說四、玻爾原子理論的基本假設—原子結構假說+rnn=1n=2n=3v-——針對原子核式結構模型提出n=4n=∞假設1、軌道量子化

玻爾認為，原子中電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動。但電子運行軌道的半徑不是任意的，圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，且電子在這些軌道上繞核的轉動是穩(wěn)定的，不產生電磁輻射。軌道量子化四、玻爾原子理論的基本假設—假設1

當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量。根據玻爾理論，電子只能在特定軌道上運動，原子的能量也只能去一系列特定的數(shù)值，即能量量子化。能級：原子的在各種定態(tài)（各軌道上）時的能量值定態(tài)：原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)①

基態(tài)：能量最低的狀態(tài)(電子離核最近)②

激發(fā)態(tài)：其他的能量狀態(tài)幾個概念——針對原子的穩(wěn)定性提出假設2：能量量子化（定態(tài)、能級）n=∞原子的能量與電子所在的軌道相對應四、玻爾原子理論的基本假設—假設2電子軌道與原子能級的對應關系基態(tài)激發(fā)態(tài)E41234E1E3E2E∞n軌道與能級相對應原子能級圖第1激發(fā)態(tài)∞第n-1激發(fā)態(tài)電子軌道圖+n=1n=2n=3v-n=4v-v-v-n=∞n為正整數(shù)，叫做量子數(shù)。n越大，表示能級越高，電子離核越遠。四、玻爾原子理論的基本假設—假設2

玻爾假定：電子從一種定態(tài)軌道（設能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設能量為Em）時，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即：hν

=En-Em(m<n)——針對原子光譜是線狀譜提出假設3：頻率條件(躍遷假說）+mn-低能級（Em）高能級（En）吸收光子輻射光子躍遷

例如：從n=3能級躍遷到n=2時放出光子，放出光子的能量為hν=E3-E2，氫原子的核外電子由r3軌道躍遷到r2軌道；四、玻爾原子理論的基本假設—假設3玻爾提出原子結構假說后，就想通過實驗證明，尋尋覓覓，結果就找到了氫原子很符合他的模型。1.氫原子的能級公式和能級圖：★★★

玻爾利用庫侖力提供向心力，計算出了氫原子的電子可能的軌道半徑和原子系統(tǒng)對應的總能量。(一般取電子離核處無窮遠時系統(tǒng)電勢能為零)（n

=1,2,3···）r1=0.053nm（n

=1,2,3···）

式中n為正整數(shù)，叫做量子數(shù)。n越大，表示能級越高，電子離核越遠。軌道半徑：能級公式：五、玻爾理論對氫光譜的解釋—半徑和能級1、電子從高能級向低能級躍遷（自發(fā)躍遷）處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，可自發(fā)地經過一次或幾次躍遷到達基態(tài)。發(fā)射光子的能量：——發(fā)射光子

由于能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。--hν

=En-Em五、玻爾理論對氫光譜的解釋—自發(fā)躍遷2、電子從低能級向高能級躍遷（受激躍遷）吸收光子的能量：——吸收光子--吸收光子的能量必須等于能級差--處于某個能級的電子吸收能量，掙脫原子核的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，叫做電離。電離后自由電子動能EK=hv-En發(fā)射光譜的明線與吸收光譜的暗線頻率相同hν

=En-Em五、玻爾理論對氫光譜的解釋—受激躍遷玻爾在解決核外電子的運動時成功引入了量子化的觀念同時又應用了“粒子、軌道”等經典概念和有關牛頓力學規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問題上遇到了很大的困難沒有繞開經典理論無法解釋復雜一點的原子的光譜現(xiàn)象無法解釋譜線的強度等1、玻爾理論的局限性六、玻爾理論的局限性—局限湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的西瓜模型α

粒子散射實驗盧瑟福的核式結構模型原子不可割湯姆孫的西瓜模型原子穩(wěn)定性事實氫光譜實驗盧瑟福的核式結構模型復雜（氦）原子光譜量子力學理論玻爾模型建立否定建立否定建立否定否定觀察與實驗所獲得的事實建立科學模型提出科學假說玻爾模型徹底放棄經典概念，用電子云概念取代經典的軌道概念建立電子云電子在某處單位體積內出現(xiàn)的概率

2、原子結構理論的發(fā)展過程六、玻爾理論的局限性—發(fā)展過程氫原子光譜光譜氫原子光譜實驗規(guī)律經典理論的困難線狀譜連續(xù)譜巴爾末系：巴爾末公式原子的穩(wěn)定性原子光譜的分立性光譜分析其他線系玻爾的原子模型

波爾原子理論的假設波爾理論對氫光譜的解釋波爾理論的局限性課堂總結自主評價—————————————————1．判斷正誤(1)各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，并且只能發(fā)出幾個特定的頻率。(

)(2)可以利用光譜分析來鑒別物質和確定物質的組成成分。(

)(3)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。(

)(4)玻爾的原子結構假設認為電子的軌道是量子化的。(

)(5)電子吸收某種頻率條件的光子時會從較低的能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)。(

)√√×√√課堂練習關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是(

)A．太陽光譜和白熾燈光譜是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產生的光譜是線狀譜C．進行光譜分析時，可以利用線狀譜，也可以利用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學組成B課堂練習

1.太陽光譜中有許多暗線，它們對應著某些元素的特征譜線，產生這些暗線是由于(

)A．太陽表面大氣中缺少相應的元素B．太陽內部缺少相應的元素C．太陽表面大氣層中存在著相應元素D．地球表面大氣層中存在著相應元素C課堂練習2．(多選)關于光譜，下列說法正確的是(

)A．熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜B．線狀譜和吸收光譜都可以對物質進行光譜分析C．每種原子都有自己的特征譜線D．發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜ABC課堂練習CD課堂練習A課堂練習氫原子的能級圖如圖所示，已知可見光光子能量范圍為1.62～3.11eV。下列說法正確的是(

)課堂練習A．處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B．大量氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時，發(fā)出的光中一定包含可見光C．大量處于n＝2能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光子能量較大，有明顯的熱效應D．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，只可能發(fā)出3種不同頻率的光[答案]

A課堂練習