人教版选择性必修三第四章4.4氢原子光谱和波尔的原子模型学案

4.4氢原子光谱和波尔的原子模型学案
一学科核心素养
物理观念∶知道氢原子光谱的规律，理解波尔原子模型的三个假设。
科学思维∶能用能级图来分析光谱的规律，理解理论的局限性与不足。
科学探究：通过波尔理论氢原子光谱的规律的解释程培养学生分析能力，揭示物理现象的科学本质。
科学态度与责任∶从实验规律出发，实事求是，学习科学家艰苦奋斗的精神，激发学生热爱科学的热情。
二学习重难点
重点：氢原子光谱的实验规律，波尔理论的基本假设。
难点：波尔理论的基本假设。
三课前预习
1．玻尔理论对氢光谱的解释
（1）氢原子能级图(如图所示)
（2）解释巴耳末公式
巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的___________的量子数n和2；
（3）解释气体导电发光
通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是___________的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出___________，最终回到基态。
（4）解释氢原子光谱的不连续性
原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后___________，由于原子的能级是___________的，所以放出的光子的能量也是___________的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
（5）解释不同原子具有不同的特征谱线
不同的原子具有不同的结构，___________各不相同，因此辐射(或吸收)的___________也不相同。
2．如图所示为部分氢原子的能级图，一个氢原子吸收能量后由基态跃迁到n=4的激发态，然后向低能级跃迁，最多发出___________种能量的光子，吸收的能量为___________ eV。
3．能级跃迁∶
（1）通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是______。
（2）把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作_____。
（3）处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时_____光子，原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之_____。
4．氢原子光谱的实验规律
（1）许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索_______的一条重要途径。
（2）氢原子光谱的实验规律满足
巴耳末公式：（n=3，4，5，…）
式中R为______，R∞=1.10×107 m-1，n取整数。
（3）巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的_____光谱的特征。
5．玻尔原子理论的基本假设
（1）轨道量子化
a.原子中的电子在______的作用下，绕原子核做_____。
b.电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是______的（填“连续变化”或“量子化”）。
c.电子在这些轨道上绕核的运动是_____的，不产生________。
（2）定态
a.当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值。这些量子化的能量值叫作_____。
b.原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为_____。能量_____的状态称为基态，其他的状态叫作激发态。
（3）频率条件
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＜n）时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν=_______，该式称为频率条件，又称辐射条件。
6．光谱
（1）定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长（频率）展开，获得____（频率）和____分布的记录。
（2）分类
a.线状谱：光谱是一条条的____。
b.连续谱：光谱是_____的光带。
（3）特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是____，说明原子只发出几种_________的光，不同原子的亮线______，说明不同原子的______不一样，光谱中的亮线称为原子的_____。
（4）应用：利用原子的______，可以鉴别物质和确定物质的______，这种方法称为_____，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13 kg时就可以被检测到。
7．已知氢原子基态能级，激发态能级，普朗克常量为h，光速度为c，则氢原子从向跃迁时发出的光子能量E=________和动量p=________，这种光子被一个处于基态的氢原子吸收后，该氢原子最多能释放出________个光子。
8．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量，其中n=2，3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为___________。
9．根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离______ (选填“近”或“远”)。当He＋处在n=4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______eV。
四自我检测
1．观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是氢原子（　　）
A．有时发光，有时不发光 B．只能发出平行光
C．辐射的光子能量是不连续的 D．发出的光互相干涉的结果
2．白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续光谱，下列说法不正确的是（　　）
A．棱镜使光谱加了颜色
B．白光是由各种颜色的光组成的
C．棱镜对各种颜色光的偏折不同
D．发光物体发出了在可见光区的各种频率的光
3．图示是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为、、、的四种光能发生光电效应。则普朗克常量的表达式不正确的是（　　）
A． B． C． D．
4．如图所示为氢原子的能级图，处于某一能级的一个氢原子向低能级跃迁时共发出两个光子，用与两光子频率相同的光照射逸出功为的光电管的阴极K时，测得遏止电压之比约为，则大量处于该能级的氢原子向低能级跃迁时形成的光谱图中亮线（一种频率的光子对应一条亮线）的条数为（ ）
A．3 B．6 C．10 D．15
5．世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域。原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是（　　）
A．频率相同的光子能量相同 B．原子跃迁发射的光子频率连续
C．原子跃迁只产生单一频率的光子 D．激光照射金属板不可能发生光电效应
6．已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数为n＝4的能级状态，则下列说法中正确的是（　　）
A．氢原子可能辐射4种频率的光子
B．氢原子可能辐射5种频率的光子
C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
7．1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕反质子运动的正电子组成的，反质子和质子有相同的质量，带有等量异号电荷。反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同
B．一个处于n=4能级的反氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出6种不同频率的光子
C．基态反氢原子能吸收11eV的光子而发生跃迁
D．大量处于n=4能级的反氢原子向低能级跃迁时，有4种频率的辐射光子能使逸出功为2.25eV的钾发生光电效应
8．目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的，原子钟是利用原子释放能量时发出的电磁波来计时的。现在用在原子钟里的元素有氢、绝、铷等，其中氢原子的能级图如图所示，现有大量的氢原子处于的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是（　　）
A．由能级跃迁到能级产生的光频率最小
B．由能级跃迁到能级产生的光能使某金属电离说明光是粒子
C．由能级跃迁到能级产生的光最容易发生衍射现象
D．最多可以辐射出6种不同频率的光
9．一群处于能级的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，最多发射出的谱线为（　　）
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
10．氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（　　）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B．从 能级跃迁到 能级辐射出的光子能量为1.51eV
C．从 能级跃迁到 能级需吸收1.51eV的能量
D． 能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量
参考答案：
三课前预习
1． 定态轨道 不稳定 光子 两能级差 分立 分立 能级 光子频率
2． 3 12.75
3． 最稳定 跃迁 放出 差
4． 原子结构 里德伯常量 线状
5． 库仑引力 圆周运动 量子化 稳定 电磁辐射 能级 定态 最低 En-Em
6． 波长 强度 亮线 连在一起 线状谱 特定频率 位置不同 发光频率 特征谱线 特征谱线 组成成分 光谱分析
7． 3
8．
9． 近 51
四自我检测
1．C
2．A
3．C
4．B
5．A
6．C
7．D
8．D
9．D
10．D
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