4.4.2玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋氫原子能級(jí)躍遷課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4第2課時(shí)玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋氫原子能級(jí)躍遷∞12345n-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV布喇開(kāi)系萊曼系巴耳末系帕邢系量子數(shù)能級(jí)基態(tài)激發(fā)態(tài)+n=1n=2n=3-電子原子核量子數(shù)氫原子能級(jí)圖知識(shí)梳理1.

解釋巴耳末系公式（1）按照玻爾理論，原子從高能級(jí)

(如從E3)躍遷到低能級(jí)

(如到E2)時(shí)輻射的光子的能量為hν＝E3－E2。（2）巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級(jí)躍遷之前和之后所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2。并且理論上的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的里德伯常量符合得很好。2.解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光通常情況下，原子處于基態(tài)，基態(tài)是最穩(wěn)定的，原子受到電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。一、玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋3.解釋氫原子光譜的不連續(xù)性原子從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子的能量等于前后兩能級(jí)差，由于原子的能級(jí)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(xiàn)。4.解釋不同原子具有不同的特征譜線(xiàn)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。1.玻爾理論的成就（1）玻爾理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域。（2）提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.玻爾理論的局限性過(guò)多地保留了經(jīng)典理論，即保留經(jīng)典粒子的觀念，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)。二、玻爾理論的局限性3.電子云原子中的電子沒(méi)有確定的坐標(biāo)值，我們只能描述電子在某個(gè)位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí)，這種圖象就像云霧一樣分布在原子核周?chē)史Q(chēng)電子云。下圖是氫原子能級(jí)圖課堂探究(1)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí),氫原子的能量是多少?(2)如果氫原子吸收的能量大于13.6eV,會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?-13.6

eV核外電子脫離原子核的束縛成為自由電子知識(shí)歸納1.對(duì)能級(jí)圖的理解(1)能級(jí)圖中n稱(chēng)為量子數(shù),E1代表氫原子的基態(tài)能量,即量子數(shù)n=1時(shí)對(duì)應(yīng)的能量,其值為-13.6eV。En代表電子在第n個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。(2)作能級(jí)圖時(shí),能級(jí)橫線(xiàn)間的距離和相應(yīng)的能級(jí)差相對(duì)應(yīng),能級(jí)差越大,間隔越寬,所以量子數(shù)越大,能級(jí)越密,豎直線(xiàn)的箭頭表示原子躍遷方向,長(zhǎng)度表示輻射光子能量的大小,n=1是原子的基態(tài),n→∞是原子電離時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。2.能級(jí)躍遷處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷,經(jīng)過(guò)一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。所以一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí),可能輻射出的光譜線(xiàn)條數(shù)為3.光子的發(fā)射原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)以光子的形式放出能量,發(fā)射光子的頻率由下式?jīng)Q定。hν=En-Em(Em、En是始末兩個(gè)能級(jí)且m<n)能級(jí)差越大,放出光子的頻率就越高。4.使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激發(fā),其光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差,否則不被吸收,不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余,而激發(fā)到n+1時(shí)能量不足,則可激發(fā)到n能級(jí)的問(wèn)題。(2)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如,自由電子)的能量而被激發(fā),由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于兩能級(jí)的能量差值(E=En-Ek),就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。點(diǎn)睛：處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,它會(huì)自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷,經(jīng)過(guò)一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。例4

玻爾首先提出能級(jí)躍遷,如圖所示為氫原子的能級(jí)圖,現(xiàn)有大量處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷,下列說(shuō)法正確的是(

)A.這些氫原子總共可輻射出6種不同頻率的光子B.氫原子由n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)產(chǎn)生的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)C.用12eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時(shí),電子可以

躍遷到n=2能級(jí)D.處于基態(tài)的氫原子吸收14eV的能量可以發(fā)生電離解析根據(jù)

=3知,這些氫原子可能輻射出三種不同頻率的光子,故A錯(cuò)誤;氫原子由n=3向n=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子能量最大,據(jù)E=hν=可知:頻率最大,波長(zhǎng)最短,故B錯(cuò)誤;處于基態(tài)的氫原子若吸收一個(gè)12eV的光子后的能量為E=-13.6eV+12eV=-1.6eV,由于不存在該能級(jí),所以用12eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時(shí),電子不可能躍遷到n=2能級(jí),故C錯(cuò)誤;處于基態(tài)的氫原子吸收能量為13.6eV的光子可以發(fā)生電離,剩余的能量變?yōu)楣怆娮拥淖畲蟪鮿?dòng)能,故D正確。答案D規(guī)律方法

原子躍遷時(shí)需注意的三個(gè)問(wèn)題(1)注意一群原子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子,在某段時(shí)間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí),可能的情況只有一種,但是如果有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)。(2)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。(3)注意躍遷與電離hν=En-Em只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況,對(duì)于光子和原子作用使原子電離的情況,則不受此條件的限制。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6

eV,只要能量大于或等于13.6

eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離,只不過(guò)入射光子的能量越大,原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。課堂達(dá)標(biāo)1．氫原子能級(jí)示意圖如圖所示．氫原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所放出的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則處在n＝4能級(jí)的一大群氫原子躍遷時(shí)所放出的光子中共有幾種光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)(

)A．2B．3C．4D．8解析：氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所放出的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝4→n＝1、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1、n＝4→n＝2能級(jí)差大于或等于從n＝4到n＝2的能級(jí)差，則有4種光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)．C2.(多選)氦原子被電離出一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的氦離子．已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示．在具有下列能量的粒子中，能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是(

)A．54.4eV(光子) B．50.4eV(光子)C．48.4eV(電子) D．42.8eV(光子)AC解析：由玻爾理論知，基態(tài)的氦離子要實(shí)現(xiàn)躍遷，入射光子的能量(光子能量不可分)應(yīng)該等于氦離子在某激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差，因此只有能量恰好等于兩能級(jí)差的光子才能被氦離子吸收；而實(shí)物粒子(如電子)只要能量不小于兩能級(jí)差，均可能被吸收．氦離子在圖示的各激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為ΔE1＝E∞－E1＝0－(－54.4eV)＝54.4eVΔE2＝E4－E1＝[－3.4－(－54.4)]eV＝51.0eVΔE3＝E3－E1＝[－6.0－(－54.4)]eV＝48.4eVΔE4＝E2－E1＝[－13.6－(－54.4)]eV＝40.8eV可見(jiàn)，50.4eV和42.8eV的光子不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷