4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件 (共21张PPT) 高二物理人教版（2019）选择性必修3

(共21张PPT)
第4节 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
把食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。食盐为什么发黄光而不发生其他颜色的光呢？
1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。知道氢原子光谱的实验规律。
2.知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性。
3.了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱。
4.认识玻尔的原子理论和卢瑟福的核式结构模型之间的继承和发展关系。了解玻尔模型的不足之处及其原因。
知识点一：光谱
1.光谱：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开，获得波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。
(1)有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。
(2)有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，叫作连续谱。
气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。
太阳光谱
连续光谱
H的发射光谱
Na的辐射光谱
Na的吸收光谱
鉴别物质和确定物质的组成成分，发现新元素。
含量达到10-10g就可检测到
4.光谱分析
3.特征谱线
1.下列关于光谱的说法正确的是（　　）
A.太阳光谱是连续光谱
B.日光灯产生的光谱是连续光谱
C.钠盐在酒精灯火焰上汽化后所产生的光谱是线状光谱
D.白光通过钠蒸气，所产生的光谱是线状光谱
练一练
C
知识点二：氢原子光谱的实验规律
氢原子的光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定的波长的光。
1885年，瑞士科学及巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线
1.巴耳末公式：
里德伯常量
式中的n 只能取整数，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。
红外区：
紫外区：
莱曼系
可见光区：
巴耳末系
普丰德系
帕邢系
布喇开系
3.氢光谱在红外和紫外区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
2.意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
1.下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是（　　）
A.因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光
B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线
C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线
D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关
练一练
B
知识点三：经典理论的困难
矛盾一：无法解释原子的稳定性
矛盾二：无法解释原子光谱的分立性
核外电子绕核运动
辐射电磁波
事实上：
原子是稳定的
事实上：辐射电磁波频率只是某些确定值
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
知识点四：波尔原子理论的基本假设
能级：量子化的能量值。
定态：原子中这些具有确定能量的稳定状态。
基态：能量最低的状态（离核最近）。
激发态：其他的状态。
1.轨道量子化与定态
(1)电子的轨道是量子化的
电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。
(2)原子的能量只能取一系列特定的值
玻尔，丹麦物理学家1885年10月7日—1962年11月18日，1922获得诺贝尔物理学奖
+
n=1
n=2
n=3
-
电子
原子核
量子数
基态原子最稳定，激发态原子不稳定，会向低能级跃迁，辐射出光子，且光子能量为
(3)能级跃迁：
频率条件：
处于基态或低能级的原子也会吸收光子，跃迁到高能级，吸收的光子的能量为
原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程叫做跃迁。
使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
a.原子吸收光子跃迁：
光子能量E=En－Em
b.原子吸收外来实物粒子(自由电子)跃迁：
入射粒子的能量E≥En－Em
1.根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后（　　）
A.原子的能量增加，电子的动能减少
B.原子的能量增加，电子的动能增加
C.原子的能量减少，电子的动能减少
D.原子的能量减少，电子的动能增加
练一练
D
知识点五：波尔理论对氢光谱的解释
1.验证巴尔末公式
根据波尔理论，氢原子核外只有一个电子，它绕原子核做圆周运动，轨道半径和能量都是分立的。
+
v
hv=E3-E2
因此，巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为 n= 3，4，5，…的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。
-
2.用图表示氢原子各能极
n ∞：电子脱离核束缚
波尔理论也能很好地解释甚至语言氢原子的其他谱系线。
3.解释气体导电发光与特征谱线
气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，发生跃迁到激发态，放出光子，最终回到基态。
能级分立
→能量分立
→分立的亮线
各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异。
→特征谱线
练一练
1.如图所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2. 55eV.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能力的光子？
解：
氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，满足
hν=En-E2=2. 55eV
En=hν+E2=-0.85eV,所以n=4
基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供
ΔE=E4-E1=12.75eV
∞
1
2
3
4
5
n
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
E/eV
知识点六：波尔理论的局限性
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性。
②无法解释谱线的强度
①复杂一点的原子，就无法解释它的光谱现象
原因：
保留了静电粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述小的轨道运动。
修正波尔理论
必须彻底放弃经典概念，用电子云概念取代经典的轨道概念
→建立量子力学
1.根据玻尔理论，下列说法正确的是（　　）
A.原子处于定态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量
B.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，电势能的减少量大于动能的增加量
C.氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
D.电子没有确定轨道，只存在电子云
练一练
AB
氢原子光谱和玻尔的原子模型　
氢原子光谱
光谱
线状谱 连续谱
特征谱线 光谱分析
氢原子光谱实验规律
无法解释原子的稳定及光谱的不连续问题
经典理论困难
玻尔的氢原子模型
玻尔理论的基本假设
轨道假设
能级假设
跃迁假设
对氢原子光谱的解释
玻尔理论的困难