4.4 氫原子光譜和玻爾的原子模型-1

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氫原子光譜和玻爾的原子模型第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性目錄CONTENTS光譜01經(jīng)典理論的困難氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律0302玻爾原子理論的基本假設(shè)04玻爾理論的局限性玻爾理論對氫光譜的解釋0605思考與討論：

把食鹽放在火中灼燒，會(huì)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？演示與觀察：演示與觀察：演示與觀察：光譜011.光譜：用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開，獲得波長（頻率）和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。一、光譜（1）有些光譜是一條條的亮線，叫作譜線，這樣的光譜叫作線狀譜。（2）有的光譜看起來不是一條條分立的譜線，而是連在一起的光帶，叫作連續(xù)譜。2.氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光。不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的，因此，這些亮線稱為原子的特征譜線。既然每種原子都有自己的特征譜線，我們就可以利用它來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。這種方法稱為光譜分析。一、光譜氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律02二、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：

里德伯常量

式中的n只能取整數(shù)，它確定的這一組譜線稱為巴耳末系。經(jīng)典理論的困難03三、經(jīng)典理論的困難矛盾一：無法解釋原子的穩(wěn)定性矛盾二：無法解釋原子光譜的分立性核外電子繞核運(yùn)動(dòng)輻射電磁波事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的事實(shí)上：輻射電磁波頻率只是某些確定值電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化玻爾原子理論的基本假設(shè)04四、玻爾原子理論的基本假設(shè)假說1：軌道量子化針對原子核式結(jié)構(gòu)模型提出圍繞原子核運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射，也就是說，電子的軌道是量子化的。四、玻爾原子理論的基本假設(shè)假說2：定態(tài)（能級）假說針對原子的穩(wěn)定性提出電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)，原子處于不同的狀態(tài)。根據(jù)玻爾理論，電子只能在特定軌道上運(yùn)動(dòng)，因此，原子的能量也只能取一系列特定的值。這些量子化的能量值叫作能級。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。四、玻爾原子理論的基本假設(shè)能級：量子化的能量值。定態(tài)：原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)?；鶓B(tài)：能量最低的狀態(tài)（離核最近）。激發(fā)態(tài)：其他的狀態(tài)。123假說2：定態(tài)（能級）假說針對原子的穩(wěn)定性提出E412345E1E3E2E5E∞n基態(tài)激發(fā)態(tài)四、玻爾原子理論的基本假設(shè)假說3：頻率條件（躍遷假說）針對原子光譜是線狀譜提出E412345E1E3E2E5E∞n基態(tài)激發(fā)態(tài)

當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為En）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為Em，m<n）時(shí)，會(huì)放出能量為hv的光子（h是普朗克常量），這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級的能量差決定，即玻爾理論對氫光譜的解釋05五、玻爾理論對氫光譜的解釋1.根據(jù)玻爾理論推導(dǎo)出巴耳末公式，并從理論上算出里德伯常量的值。這樣得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值符合得很好。2.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，即氫原子從高能級向m＝1，3，4，5能級躍遷，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光譜。它們也都被實(shí)驗(yàn)觀測到了，分別稱為賴曼系、帕邢系、布喇開系等。五、玻爾理論對氫光譜的解釋3.原子從較高的能級向低能級躍遷時(shí)放出的光子的能量等于前后兩個(gè)能級之差。由于原子的能級是分立的，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。4.由于不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級各不相同，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。玻爾理論的局限性06六、玻爾理論的局限性1.玻爾理論的不足之處在于保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。2.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。但對于稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子如氦原子，玻爾理論就無法解釋它的光譜現(xiàn)象。課堂練習(xí)071．氫原子的能級如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62ev-3.11ev，下列說法正確的是（）

A．從能級n=4躍遷到n=3比從能級n=3躍遷到n=2輻射出光的波長短B．原子從高能級向n=3能級躍遷時(shí)，發(fā)出的光是可見光C．大量處于n=4能級的氫原子躍遷到基態(tài)的過程中可以釋放出6種頻率的光子D．處于n=2能級的氫原子可以吸收能量為2ev的光子C2．圖示為氫原子能級圖以及氫原子從n=3、4、5、6能級躍遷到n=2能級時(shí)輻射的四條光譜線，已知?dú)湓訌膎=3能級躍遷到n=2能級時(shí)輻射光子的波長為656nm，下列說法正確的是（）A．四條譜線中波長最大的是HδB．用633nm的光照射能使氫原子從n=2能級躍遷到n=3能級C．一群處于n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生3種譜線D．如果用能量為10.3eV的電子轟擊，一定不能使基態(tài)的氫原子受激發(fā)C3．如圖所示為氫原子的能級圖，巴耳末系是吸收光子能量的原子進(jìn)入激發(fā)態(tài)（n≥3）后返回n=2的量子狀態(tài)時(shí)釋放出的譜線，下列說法正確的是（）A．巴耳末系中的最小頻率與最大頻率之比5:36B．處于n=1能級的氫原子可以吸收能量為13.8的光子C．一個(gè)氫原子從n=4能級向基態(tài)躍遷時(shí)，可發(fā)出6種不同頻率的光子D．氫原子由n=2能級躍遷到n=1能級時(shí)，原子的電勢能增加，產(chǎn)生的電磁波的波長最長B4．如圖所示為一價(jià)氦離子（He+）的能級圖。根據(jù)玻爾原子理論，下列說法正確