原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜

1、 原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、原子結(jié)構(gòu)一、原子結(jié)構(gòu)1電子的發(fā)現(xiàn)：電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家_發(fā)現(xiàn)了電子，明確電子是原子的組成發(fā)現(xiàn)了電子，明確電子是原子的組成部分，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕部分，揭開了研究原子結(jié)構(gòu)的序幕2原子的核式結(jié)構(gòu)原子的核式結(jié)構(gòu)(1)19091911年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家_進行進行了了粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型(2)粒子散射實驗粒子散射實驗湯姆孫湯姆孫盧瑟福盧瑟福圖圖1321實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿_前進，少數(shù)發(fā)生前進，

2、少數(shù)發(fā)生_偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于角度大于90，甚至被彈回，甚至被彈回(3)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的核，叫核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部做原子核，原子的全部_和幾乎全部和幾乎全部_都集中在原子核里，帶負(fù)電的都集中在原子核里，帶負(fù)電的_在核外空間在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)繞核旋轉(zhuǎn)直線直線大角度大角度正電荷正電荷質(zhì)量質(zhì)量電子電子實驗裝置：如圖實驗裝置：如圖1321所示所示1.1.認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的線索認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的線索氣體放電的研究氣體放電的研究 陰極射線陰極射線 發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)電子 湯姆孫的湯姆孫的“棗糕模型棗糕模型” ” 盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模盧瑟福核式結(jié)構(gòu)

3、模型型 玻爾模型玻爾模型. .粒子散射實驗粒子散射實驗氫原子光譜的研究氫原子光譜的研究2.2.三種原子模型的對比三種原子模型的對比實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)差異結(jié)構(gòu)差異 成功和局限成功和局限 “棗糕棗糕模型模型” ” 電子的電子的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 帶正電物質(zhì)均勻分帶正電物質(zhì)均勻分布在原子內(nèi)，電子布在原子內(nèi)，電子鑲嵌其中鑲嵌其中 解釋了一些實驗現(xiàn)解釋了一些實驗現(xiàn)象，無法說明象，無法說明粒粒子散射實驗子散射實驗核式結(jié)核式結(jié)構(gòu)模型構(gòu)模型 粒子粒子散射實散射實驗驗 全部正電荷和幾乎全全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在核里，部質(zhì)量集中在核里，電子繞核旋轉(zhuǎn)電子繞核旋轉(zhuǎn) 成功解釋了成功解釋了粒子散射粒子散射實驗，無法解釋原

4、子的實驗，無法解釋原子的穩(wěn)定性與原子光譜的分穩(wěn)定性與原子光譜的分立特征立特征 玻爾的玻爾的原子原子模型模型 氫原子光譜氫原子光譜的研究的研究 在核式結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)在核式結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，引入量子化觀點上，引入量子化觀點 成功解釋了氫原子光成功解釋了氫原子光譜，無法解釋較復(fù)雜譜，無法解釋較復(fù)雜的原子光譜的原子光譜二、氫原子光譜與玻爾理論二、氫原子光譜與玻爾理論1光譜的分類光譜的分類3玻爾理論玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列定態(tài)：原子只能處于一系列_的能量狀的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是_的，電子的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量雖然繞核運動，但并不向外輻

5、射能量不連續(xù)不連續(xù)穩(wěn)定穩(wěn)定(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它它_或或_一定頻率的光子，光子的能量一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定即由這兩個定態(tài)的能量差決定即h_.(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)原子的定態(tài)是不連續(xù)的，周軌道繞核運動相對應(yīng)原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是因此電子的可能軌道也是_的的三、氫原子的能級、能級公式三、氫原子的能級、能級公式1氫原子的能級和軌道半徑氫原子的能級

6、和軌道半徑輻射輻射吸收吸收EmEn不連續(xù)不連續(xù)(1)氫原子的能級公式：氫原子的能級公式：En E1(n1,2,3，)，其中其中E1為基態(tài)能量為基態(tài)能量E113.6 eV.(2)氫原子的半徑公式：氫原子的半徑公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，r10.531010 m.2氫原子的能級圖：如圖氫原子的能級圖：如圖1322.圖圖1322課堂互動講練課堂互動講練一、對氫原子躍遷的理解一、對氫原子躍遷的理解1原子從低能級向高能級躍遷，吸收一定能量原子從低能級向高能級躍遷，吸收一定能量的光子，當(dāng)一個光子的能量滿足的光子，當(dāng)一個光子的能量滿足

7、hE末末E初初時，時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初初向向高能級高能級E末末躍遷，而當(dāng)光子能量躍遷，而當(dāng)光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初時都不能被原子吸收時都不能被原子吸收2原子從高能級向低能級躍遷，以光子的形式原子從高能級向低能級躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差遷時的兩能級間的能量差3當(dāng)光子能量大于或等于當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)氫原子吸收的光氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)氫原子吸收的光子

8、能量大于子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一，氫原子電離后，電子具有一定的初動能定的初動能一群氫原子處于量子數(shù)為一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為射出的光譜線條數(shù)為N C 4原子還可吸收外來實物粒子原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子例如自由電子)的的能量而被激發(fā)由于實物粒子的動能可全部或部能量而被激發(fā)由于實物粒子的動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分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值或等于兩能級的能量差值(EEmEn)，均可使，均可使原子發(fā)生能級躍遷原子發(fā)生能級躍遷特別提醒：特別提醒

9、：原子在各能級間躍遷時，所吸收的原子在各能級間躍遷時，所吸收的光子的能量只能等于兩能級間的能級差原子光子的能量只能等于兩能級間的能級差原子電離時所吸收的光子的能量滿足電離時所吸收的光子的能量滿足EEEn.即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)1.氫原子的能級如圖氫原子的能級如圖1323所示，已知可見光的所示，已知可見光的光子能量范圍約為光子能量范圍約為1.62 eV3.11 eV.下列說法錯誤下列說法錯誤的是的是()A處于處于n3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級向大量氫原子從高能級向n3能級躍

10、遷時，發(fā)出能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)的光具有顯著的熱效應(yīng)圖圖1323C大量處于大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出可能發(fā)出6種不同頻率的光種不同頻率的光 D大量處于大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出可能發(fā)出3種不同頻率的光種不同頻率的光3電勢能電勢能通過庫侖力做功判斷電勢能的增減通過庫侖力做功判斷電勢能的增減當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減??；反之，軌道半徑增大時，電勢能增加??；反之，軌道半徑增大時，電勢能增加即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀即時突破，

11、小試牛刀)2.(2011年杭州二中檢測年杭州二中檢測)氫原子輻射出一個光子氫原子輻射出一個光子后后()A電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大B電子的動能增大電子的動能增大C氫原子的電勢能增大氫原子的電勢能增大D原子的能級值增大原子的能級值增大解析：解析：選選B.放出光子后，原子能量減小，電子放出光子后，原子能量減小，電子軌道半徑減小，速度增大，動能增大，而電勢軌道半徑減小，速度增大，動能增大，而電勢能減小，故只有能減小，故只有B正確正確經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究原子結(jié)構(gòu)與原子結(jié)構(gòu)與粒子散射實驗粒子散射實驗盧瑟福和他的助手做盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實驗，粒子轟擊金箔實驗，獲得了重要發(fā)現(xiàn)：

12、獲得了重要發(fā)現(xiàn)：(1)關(guān)于關(guān)于粒子散射實驗的結(jié)果，下列說法正確的粒子散射實驗的結(jié)果，下列說法正確的是是( )A證明了質(zhì)子的存在證明了質(zhì)子的存在B證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里集中在一個很小的核里D說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動【解析解析】(1)選選C.粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存核

13、數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存在中子，所以在中子，所以C對，對，A、B錯玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌錯玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化，道量子化，D錯錯(2)從能量轉(zhuǎn)化角度看，當(dāng)從能量轉(zhuǎn)化角度看，當(dāng)粒子靠近原子核運動粒子靠近原子核運動時，時，粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達到最近距離粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，設(shè)時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，設(shè)粒子與原子核粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離為發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離為d，【答案】【答案】(1)C(2)2.71014 m與玻爾理論有關(guān)的計算與玻爾理論有關(guān)的計算已知氫原子基態(tài)的電子軌道半徑已知氫原子基態(tài)的電子軌道半徑r

14、10.531010 m，基態(tài)的能級值為，基態(tài)的能級值為E113.6 eV.(1)求電子在求電子在n1的軌道上運動形成的等效電流的軌道上運動形成的等效電流(2)有一群氫原子處于量子數(shù)有一群氫原子處于量子數(shù)n3的激發(fā)態(tài)，畫一的激發(fā)態(tài)，畫一能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線幾條光譜線(3)計算這幾條光譜線中最長的波長計算這幾條光譜線中最長的波長(2)由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射，會得到三條由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射，會得到三條光譜線，如圖光譜線，如圖1324所示所示(3)三條光譜線中波長最長的光子能量最小，發(fā)生三條光譜線中波長最長的光子能

15、量最小，發(fā)生躍遷的兩個能級的能量差最小，根據(jù)氫原子能級躍遷的兩個能級的能量差最小，根據(jù)氫原子能級的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n3的能級躍的能級躍遷到遷到n2的能級，設(shè)波長為的能級，設(shè)波長為，圖圖1324【答案答案】(1)1.05103 A(2)見解析見解析(3)6.58107 m【名師歸納名師歸納】(1)掌握原子躍遷的規(guī)律和特點掌握原子躍遷的規(guī)律和特點是正確分析該題目的關(guān)鍵是正確分析該題目的關(guān)鍵(2)在處理電子在原子核外繞核運轉(zhuǎn)的問題時，在處理電子在原子核外繞核運轉(zhuǎn)的問題時，可認(rèn)為其做勻速圓周運動，則電子一定需要向可認(rèn)為其做勻速圓周運動，則電子一定需要向心力，而

16、向心力只能來自于電子和原子核間的心力，而向心力只能來自于電子和原子核間的庫侖引力，據(jù)此可由圓周運動的知識列出相應(yīng)庫侖引力，據(jù)此可由圓周運動的知識列出相應(yīng)的方程，進行求解的方程，進行求解氫原子基態(tài)能量氫原子基態(tài)能量E113.6 eV，電子繞核，電子繞核做圓周運動的半徑做圓周運動的半徑r10.531010 m求氫原子求氫原子處于處于n4激發(fā)態(tài)時：激發(fā)態(tài)時：(1)原子系統(tǒng)具有的能量；原子系統(tǒng)具有的能量；(2)電子在電子在n4軌道上運動的動能；軌道上運動的動能；(已知能量關(guān)已知能量關(guān)系系En E1，半徑關(guān)系，半徑關(guān)系rnn2r1，k9.0109 Nm2/C2，e1.61019 C)(3)若要使處于若要使處于n2的氫原子電離，至少要用頻率的氫原子電離，至少要用頻率多大的電磁波照射氫原子？多大的電磁波照射氫原子？(普朗克常量普朗克常量h6.631034 Js)有關(guān)氫原子能量的計算有關(guān)氫原子能量的計算【思路點撥思路點撥】由玻爾的能級理論可求得由玻爾的能級理論可求得(1)，玻，玻爾的原子模型爾的原子模型(軌道理論軌道理