16.3-4氫原子光譜波爾的原子模型

4《氫原子光譜玻爾的原子模型》導(dǎo)學(xué)案2012年5月4日編寫：楊洪濤審閱：劉愛平學(xué)習(xí)目標(biāo)知識與技能.了解光譜的定義和分類。.了解氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道巴耳末系。.了解經(jīng)典原子理論的困難。.玻爾原子理論基本假設(shè)的主要內(nèi)容能級、躍遷過程與方法：學(xué)習(xí)運(yùn)用光普分析的方法來進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)與原子運(yùn)動的分析。展現(xiàn)連續(xù)譜線、線狀譜線讓學(xué)生掌握光譜分析研究的原理。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：理解科學(xué)方法對進(jìn)行科學(xué)探索的作用，并理解探究自然奧秘是一項(xiàng)永遠(yuǎn)止境的認(rèn)識活動。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律玻爾原子理論基本假設(shè)的主要內(nèi)容能級、躍遷學(xué)習(xí)難點(diǎn)：經(jīng)典理論的困難學(xué)習(xí)過程：第一課時引入：a粒子散射實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)，但電子在核外如何運(yùn)動呢？它的能量怎樣變化呢？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)我們就來進(jìn)一步了解有關(guān)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。新課學(xué)習(xí)光譜光譜：早在世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫做光譜。光譜是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時只是波長成分的記錄。（）發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜和明線光譜（線狀譜）。①連續(xù)光譜：叫做連續(xù)光譜。例如：熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。②明線光譜（線狀譜）：叫做明線光譜（線狀譜）。叫譜線，各條譜線對應(yīng)不同波長的光。例如：稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，所以也叫原子的光譜。特征譜線：實(shí)踐證明，原子不同，發(fā)射的明線光譜也不同，每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，因此明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。（）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(zhì)時，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應(yīng)。這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線，也是原子的特征譜線。太陽的光譜是吸收光譜。

()光譜分析： 這種方法叫做光譜分析。原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。巴耳末公式： 經(jīng)典理論的困難問題盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的成功之處在哪里？問題經(jīng)典電磁理論的困難是什么？ 問題：按照教材中對原子核式結(jié)構(gòu)模型的分析結(jié)果，經(jīng)典電磁理論包含哪兩點(diǎn)基本內(nèi)容？問題：原子中的存在電磁場嗎？如果存在，根據(jù)經(jīng)典電磁理論它是由誰產(chǎn)生的？怎樣變化？為什么？問題根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子核外的電子會向輻射電磁場即向外輻射能量嗎?問題根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子能量減少會導(dǎo)致什么結(jié)果？①原子不穩(wěn)定： ②原子光譜是連續(xù)譜：問題原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾給予我們什么啟示?學(xué)習(xí)小結(jié):一、光譜?定義： <光譜分類發(fā)射光譜｛<光譜分類發(fā)射光譜｛連續(xù)譜

線狀譜、吸收光譜.特征光譜： .光譜分析：定義： 11成功方面：11成功方面：（優(yōu)點(diǎn)： 應(yīng)用： 二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的重要途徑.巴耳末公式： 巴耳末公式的意義： 三、經(jīng)典理論的困難核式結(jié)構(gòu)模型的成就： 困難： 特別提醒光譜分析可以使用發(fā)射光譜中的線狀譜，也可以使用吸收光譜，因它們都有原子自身的特征譜線，但不能使用連續(xù)光譜.第二課時一、玻爾原子理論的基本假設(shè)、玻爾理論的建立背景和觀點(diǎn)：（）經(jīng)典理論的困難：電子繞原子核做圓周運(yùn)動輻射能量，最終栽入 ，原子壽命很短，但事實(shí)并非如此。隨著電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的能量越來 ，轉(zhuǎn)動頻率越來 ，輻射的能量（發(fā)光）頻率應(yīng)_但線狀譜的存在無法解釋。2玻爾的觀點(diǎn)：玻爾接受普朗克的黑體輻射的 和愛因斯坦的 ,將能量取的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)。3玻爾原子結(jié)構(gòu)假說：C）軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是量子化的，電子在庫侖力的作用下繞原子核做_電子繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的半徑不是 ,半徑的大小符合 時軌道才是可能的，電子在這些軌道上繞核運(yùn)轉(zhuǎn)是 ,不產(chǎn)生 。原子的能量是量子化的，電子在不同軌道上運(yùn)動，原子處于不同的狀態(tài)，對應(yīng)不同的,原子的能量也是的。（）幾個基本概念： 的能量值叫做能級。原子具有 的穩(wěn)定狀態(tài)叫定態(tài)。能量 的狀態(tài)叫做基態(tài)。除 之外的其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。（）頻率條件：原子光譜的解釋：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（能量記為）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為）時會輻射出能量為h的光子。h，又稱為輻射條件。二、玻爾原子理論的成功和局限性1 1 -13.6（）運(yùn)用經(jīng)典 和經(jīng)典 的理論確定了氫原子的各個定態(tài)的能量，并由此畫出其能級圖。（）處于激發(fā)態(tài)的氫原子向 躍遷輻射出 ,輻射光子的能量與實(shí)際符合得很好，由于能級是分立的，輻射光子的波長也是 的。（）導(dǎo)出了巴耳末公式，并從理論上算出里德伯常量的值，并很好地解釋甚至預(yù)言了氫原子的其他譜線系。2局限性和原因：（）成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，但不能解釋稍微 的原子的光譜現(xiàn)象。原因是保留Y 的觀念，把電子的運(yùn)動仍然看做 描述下的運(yùn)動。三、弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)1如果原子的能級是分立的，那么用碰撞的方式使原子吸收的能量，即其他粒子轉(zhuǎn)移給原子的能量，也應(yīng)該是 的。2年，弗蘭克赫茲采用 轟擊,發(fā)現(xiàn)電子損失的能量，也就是汞原子吸收的能量，是分立的，從而證明汞原子的能量是量子化的?！镜湫屠}】例氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時，下列說法中正TOC\o"1-5"\h\z確的是 （ ）.核外電子受力變小 .原子的能量減少C氫原子要吸收一定頻率的光子 D氫原子要放出一定頻率的光子例氫原子輻射出一個光子后，根據(jù)玻爾理論下述說法中正確的是（ ）A電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大 氫原子的能級增大c氫原子的電勢能增大 氫原子的核外電子的速率增大例圖給出氫原子最低的個能級，在這些能級間躍遷所輻射的光子的；小「 1頻率最多有種，其中最小頻率為min,則（ ） & -7，1- 1：A= . . .=X14Zd.=X15min min變式：用光子能量為的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為V1、%、V3,由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：①hv1；②hv3；③h（v1+v2）；④h（v1+v2+v3）以上表示式中 CA.只有①③正確 B.只有②正確C.只有②③正確 D.只有④正確

【針對訓(xùn)練】.根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動的半徑（ ）.可以取任意值 .可以在某一范圍內(nèi)取任意值.可以取一系列不連續(xù)的任意值.是一系列不連續(xù)的特定值.下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（ ）.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量.原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會向外輻射能量.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射一定頻率的光子.原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的.根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)越大，則下列說法中正確的是（ ）.電子軌道半徑越大 .核外電子的速率越大.氫原子能級的能量越大 .核外電子的電勢能越大.對玻爾理論的下列說法中，正確的是（ ）.繼承了盧瑟福的原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè).對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于''做加速運(yùn)動的電荷要輻射電磁波”的觀點(diǎn)表示贊同.用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系.玻爾的兩個公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計(jì)算出來的.按照玻爾理論，一個氫原子中的電子從一半徑為的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為的圓軌道上，已知，則在此過程中（）.原子要發(fā)出一系列頻率的光子 .原子要吸收一系列頻率的光子.原子要發(fā)出某一頻率的光子 .原子要吸收某一頻率的光子氫原子的核外電子，在由能級較高的定態(tài)躍遷到能量較低的定態(tài)的過程中（）.輻射光子，獲得能量 .吸收光子，獲得能量.吸收光子，放出能量 .輻射光子，放出能量氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時（ ）要吸收光子，電子的動能、電勢能都增加 要吸收光子，電子的動能增加，電勢能減少要放出光子，電子的動能增加，電勢能減少要放出光子，電子的動能、電勢能都減少E/ev0E/ev0-0.54-0.85-1.51-3.4基態(tài)的氫原子，則氫原子

.能躍遷到 的激發(fā)態(tài)上去.能躍遷到 的激發(fā)態(tài)上去.能躍遷到 的激發(fā)態(tài)上去.能躍遷到 的激發(fā)態(tài)上去.能躍遷到 的激發(fā)態(tài)上去.以上三種說法均不對氦原子的一個核外電子被電離，會形成類似氫原子結(jié)構(gòu)的氦E Ea EE Ea E co 0〃=4 0.85eVn=3 1.51eVn=2 3.40eVn=l 13.60eV示意圖如圖所示.可以推知，在具有下列能量的光子中，不能??被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是:如圖4所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為2.49eV的金屬鈉，下列說法正確的是()A.這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光，其中從n=3躍遷到n=2所發(fā)出的光波長最短B.這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光，其中從n=3躍遷到n=1所發(fā)出的光頻率最高C.金屬鈉表面所發(fā)生的光電子的初動能最大值為11.11eVD.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動能最大值為9.60eV【疑難解析】對躍遷的理解(1)氫原子從低能級向高能級躍遷：吸收一定頻率的光子，當(dāng)光子的能量滿足hv=E-E、時，才能被某一個原子吸收，否則不能吸收。末初(2)氫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)生躍遷時兩能級間的能量差。(3)電離：當(dāng)光子能量大于或等于原子所在處的能級時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離，多余的能量作為電子的初動能。(4)光譜線條數(shù)：一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為N=修。(5)氫原子還可吸收外來實(shí)物粒子的能量而被激發(fā)，由于實(shí)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或等于兩能量差值，均可使原子發(fā)生能級躍遷。(6)躍遷時電子動能、原子電勢能與總能量變化：當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子電勢能Ep減小，電子動能增大，原子總能量減小，反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大。TOC\o"1-5"\h\z【例】已知?dú)湓拥哪芗増D如圖所示，現(xiàn)用光子能量介于10?12.9eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是（ ）。n ￡/eV8 04 -0.853 -1.512 3.40-13.6A在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種C.照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有6種D.照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種練習(xí)：1小子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為g氫原子，它在原子核物理的研