4.4 第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件（26张PPT）

(共26张PPT)
第1课时　氢原子光谱和玻尔的原子模型
第四章 原子结构和波粒二象性
学习目标
1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念；
2.知道氢原子光谱的实验规律；
3.知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分力特性；
4.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容；
5.了解能级、能级跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
一、光谱
1．定义
用棱镜或者光栅把光按波长(频率)展开，得到光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱。
光谱
线状谱
连续谱
2．分类
吸收光谱
(1) 连续光谱
由连续分布的一切波长的光组成的光谱叫做连续谱。
炽热的固体、液体及高压气体的光谱是连续谱，例如：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续谱。
炽热的固体
炽热的液体
高压气体
(2) 线状谱
只含有一些不连续的亮线的光谱叫线状谱。线状谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱。
线状谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。
各种原子的发射光谱都是线状光谱，说明原子只发出几种特定频率的光。
不同原子的亮线位置（谱线）不同，说明不同原子的发光频率不同。因此线状光谱的谱线被称为原子的特征谱线。
(3)吸收光谱：连续谱中某些波长的光被物质吸收后的光谱
Na的发射光谱
Na的吸收光谱
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。
烟花中的五颜六色是什么原理呢？
铜——蓝色火焰
钠——橙黄色火焰
锶——红色火焰
钡——绿色火焰
3．光谱分析
(1)定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分．
(2)优点：灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10 13 kg时就可以被检测到。同种物质吸收光谱中的暗线与它线状谱中的明线相对应，线状谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。
二、氢原子光谱的实验规律
观察光谱的实验装置
光谱分析仪
气体放电管
金属导杆
感应圈
电源
玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示。
可见光区
1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：
式中叫里德伯常量，=1.10×，它确定的这一组线谱称为巴耳末系。
氢原子光谱的其他线系
莱曼线系
红外区还有三个线系
帕邢系
布喇开系
普丰特系
紫外线区
n = 2，3，4 …
n = 4，5，6 …
n = 5，6，7 …
n = 6，7，8 …
三、经典理论的困难
卢瑟福原子核式模型很好地解释了α粒子散射实验，无法解释原子光谱的分立特性。
核外电子绕核运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定
辐射电磁波频率连续变化
事实上：原子是稳定的
辐射电磁波频率只是某些确定值
四、波尔原子理论的基本假设
了解到卢瑟福的原子模型所遇到的困难，他认为产生困难的原因不在于模型本身，而在于经典理论。
在巴耳末简洁公式、普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦光子说的启发下，玻尔大胆提出自己的原子结构假说。
轨道量子化
能量量子化
跃迁假说
玻尔原子理论的基本假设内容
1．轨道量子化与定态
(1)电子的轨道是量子化的
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。
(2)原子的能量只能取一系列特定的值
原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态。原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的。
　量子数
n=5
n=3
n=2
n=1
n=4
n=
E1
E2
E3
E4
E5
E
—— 基态
激发态
+
n=1
n=2
n=3
-
电子
原子核
量子数
轨道图
能级图
这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。
2．频率条件
跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。
当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为En）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为Em，m这个式子称为频率条件，又称辐射条件。反之吸收光子。
随堂练习
1. 下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是(　　)
A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C．进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱
D．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分
BC
2.(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法正确的是(　　)
A．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性
B．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上
C．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的
D．氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论
BC
3.(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有(　　)
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
ABC
4.图中所示为氢原子的能级示意图，关于氢原子跃迁，下列说法正确的是(　　)
A．一群处于n＝5激发态的氢原子，向低能级跃迁时
可以发出10种不同频率的光
B．一个处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时
可以发出6种不同频率的光
C．用12 eV的光子照射处于基态的氢原子时，电子可
以跃迁到n＝2能级
D．氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时动能增大，
氢原子的电势能增大
A
5．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中(　　)
A．电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
C．电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小
D．电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
D