4.4+氫原子光譜和玻爾的原子模型+課件+-【知識(shí)精講精研】高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第4節(jié)氫原子光譜和玻爾的原子模型

早在17世紀(jì)，牛頓發(fā)現(xiàn)了光的色散現(xiàn)象：日光通過三棱鏡后，會(huì)得到一條的彩色光帶。這條光帶叫是光譜。1、光譜：用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(zhǎng)展開，獲得波長(zhǎng)和強(qiáng)度分布的記錄（有時(shí)只是波長(zhǎng)成分的記錄）。

一、光譜2、光譜的分類：發(fā)射光譜（連續(xù)光譜、線狀譜）和吸收光譜連續(xù)光譜：由連續(xù)分布的光連在一起組成的光帶，一切波長(zhǎng)的光都有。由熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的。線狀譜：由一些不連續(xù)的亮線組成。亮線叫譜線,各條譜線對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的光。由稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)光形成的（是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的,也叫原子光譜）吸收光譜：熾熱的白光通過溫度較低的某物質(zhì)氣體時(shí),一些頻率的光被該物質(zhì)吸收后在連續(xù)光譜上出現(xiàn)一些暗線,叫做該物質(zhì)的吸收光譜。（1）發(fā)射光譜（2）吸收光譜注意：吸收光譜既可以是連續(xù)譜也可以是線狀譜氫的發(fā)射光譜:氫的吸收光譜:3、光譜分析：各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)(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(zhǎng)）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(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。

其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,樣本中一種元素的含量達(dá)到10?13kg時(shí)就可以被檢測(cè)到。【例1】(多選)下列關(guān)于光譜的說法正確的是(

CD

)A.連續(xù)光譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產(chǎn)生的光譜，線狀譜是線狀光源產(chǎn)生的光譜B.通過對(duì)連續(xù)譜的光譜分析，可鑒定物質(zhì)成分C.連續(xù)光譜包括一切波長(zhǎng)的光，線狀譜只包括某些特定波長(zhǎng)的光D.通過對(duì)線狀譜的明線光譜分析或?qū)ξ展庾V的暗線分析，可鑒定物質(zhì)成分【例2】如圖甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為（

B

）A.a元素B.b元素C.c元素D.d元素

二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)是原子發(fā)光的原因，光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的重要途徑。1885年，瑞士科學(xué)家巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)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(zhǎng)λ可以用一個(gè)公式表示：（巴耳末公式）

式中R∞叫里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得R∞=1.10×107m?1，n只能取正整數(shù)（即取值是量子化的），它確定的這一組線譜稱為巴耳末系。

多知道一點(diǎn)：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(guān)系式。

三、經(jīng)典理論的困難

經(jīng)典理論認(rèn)為：

電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，不斷向外輻射電磁波，電子能量不斷損失，軌道半徑不斷縮小，最終落在原子核上，即原子是不穩(wěn)定；由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射電磁波的頻率也該連續(xù)變化，即原子光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜。

但事實(shí)上原子是穩(wěn)定的，光譜是線狀譜、分立的。

經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立性特征。這說明盡管經(jīng)典物理學(xué)理論可以很好地應(yīng)用宏觀物休，但它不能解釋原子世界的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)矛盾，1913年丹麥的物理學(xué)家玻爾在盧瑟福學(xué)說的基礎(chǔ)上，把普朗克的量子理論運(yùn)用到原子系統(tǒng)上，提出了玻爾理論。

四、玻爾原子理論的基本假設(shè)(1).電子軌道是量子化的：①

繞核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。②

電子在軌道繞核轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。③

電子只能在某些特定軌道運(yùn)動(dòng)，

電子的軌道半徑公式為：1.波爾原子結(jié)構(gòu)假說：軌道量子化、能量量子化、躍遷假說。

四、玻爾原子理論的基本假設(shè)1.波爾原子結(jié)構(gòu)假說：軌道量子化、能量量子化、躍遷假說。(2).原子的能量是量子化的：

原子的能量與電子所在的軌道相對(duì)應(yīng)，當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量。能級(jí)：原子的在各種定態(tài)（各軌道上）時(shí)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(gè)概念電子軌道與原子能級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：軌道與能級(jí)相對(duì)應(yīng)第n-1激發(fā)態(tài)電子軌道圖第1激發(fā)態(tài)原子能級(jí)圖

四、玻爾原子理論的基本假設(shè)(3).頻率條件（躍遷假說）：

原子系統(tǒng)的變化只能是從一個(gè)穩(wěn)定態(tài)，完全躍遷到另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)。例如：

從n=3能級(jí)躍遷到n=2時(shí)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；

從n=1能級(jí)躍遷到n=3時(shí)吸收光子，吸收光子的能量為hν=E3-E1，氫原子的核外電子由r1軌道躍遷到r3軌道。1.波爾原子結(jié)構(gòu)假說：軌道量子化、能量量子化、躍遷假說。2.玻爾理論的幾個(gè)注意點(diǎn)(1)注意吸收光子能量與吸收實(shí)物粒子能量躍遷的條件：①吸收光子的能量：

只有滿足hν＝Em-En，才能由低能級(jí)n躍遷到高能級(jí)m

如果吸收光子能量為hν>-En，原子電離，核外電子成自由電子

②

吸收實(shí)物粒子的能量：（實(shí)物粒子撞擊氫原子，使氫原子獲得能量。）

實(shí)物粒子能量（動(dòng)能）大于或等于兩能級(jí)之差Em-En時(shí)，氫原子就能由低能級(jí)n向高能級(jí)m躍遷，多余的能量仍為實(shí)物粒子動(dòng)能。(2)電離：電子脫離原子核束縛，成為自由電子

光子能量只要大于等于電離能即可，多的能量轉(zhuǎn)化為自由電子動(dòng)能。

不同能級(jí)的電離能不同,如基態(tài)的電離能為13.6eV,n=3能級(jí)的電離能為1.51eV。(3)注意“一群”氫原子與“一個(gè)”氫原子的區(qū)別：

一群氫原子處于n激發(fā)態(tài)時(shí)，能輻射出的光譜線條數(shù)最多為

n(n-1)/2

條

.一個(gè)氫原子處于n激發(fā)態(tài)時(shí)，能輻射出的光譜線條數(shù)最多為（n-1）條

.2.玻爾理論的幾個(gè)注意點(diǎn)(4)注意直接躍遷與間接躍遷

原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況輻射(或吸收)光子的頻率不同。(5)氫原子的核外電子軌道半徑變化后的原子的能量變化：r變小，電子的動(dòng)能變大，電子的勢(shì)能變小，氫原子的總能量變小r變大，電子的動(dòng)能變小，電子的勢(shì)能變大，氫原子的總能量變大電子躍遷圖（必會(huì)）如：一群氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)

五、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋巴耳末系賴曼系帕邢系布喇開系1.玻爾理論也能很好地解釋甚至預(yù)言氫原子的其他譜線系，即氫原子從高能級(jí)向m＝1，3，4，5能級(jí)躍遷，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光譜。它們也都被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了，分別稱為賴曼系、帕邢系、布喇開系等。2.原子從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出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。3.由于不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級(jí)各不相同，因此輻射（或吸收）的光子頻率也不相同。這就是不同元素的原子具有不同的特征譜線的原因。

六、玻爾理論的局限性玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題，但是也有它的局限性：①復(fù)雜一點(diǎn)的原子，就無法解釋它的光譜現(xiàn)象。②無法解釋譜線的強(qiáng)度。原因：保留了靜電粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。修正玻爾理論

→

建立量子力學(xué)

必須徹底放棄經(jīng)典概念，用電子云概念取代經(jīng)典的軌道概念核外電子的運(yùn)動(dòng)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)不同，沒有確定的方向和軌跡。用電子云來描述電子在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)（幾率）的大小?！纠?】用能量為12.75eV的光子去激發(fā)處于基態(tài)的一群氫原子，受激發(fā)后的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以放出幾種頻率的光子（

B

）

A．12種

B．6種

C．5種

D．3種【例4】如圖所示是氫原子的能級(jí)圖，大量處于n＝5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，一共可以輻射出10種不同頻率的光子，其中萊曼系是指氫原子由高能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，則（

BD

）A．10種光子中頻率最低的是從n＝5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的B．10種光子中有4種屬于萊曼系C．使n＝5能級(jí)的氫原子電離至少要0.85eV的能量D．從n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放光子