物理人教版（2019）选择性必修第三册4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型（共18张ppt）

(共18张PPT)
4.氢原子光谱和玻尔的原子模型
2.光谱分类
(1)发射光谱
:物体发光直接产生的光谱
①连续谱：
②线状谱：
光谱是一条条的亮线
主要是原子，或者稀薄气体等
1.定义:用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即为光谱。
一.光谱
光谱是连在一起的光带(一切波长的光)
炽热固体,液体.高压气体(如白炽灯丝.烛焰.炽热钢水发出的光）
原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子发出光的频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线，
它可以鉴别物质和确定物质的组成成分.
光谱分析
光谱分析的优点：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。
用光谱还能确定遥远星球的物质成分
(2).吸收光谱
暗线光谱
思考:平时我们看到的太阳光是连续光谱吗？
太阳的光谱是吸收光谱
高温物体发出的光(连续谱),通过物质时,某些波长的光被物质吸收后(该波长谱线缺失)产生的光谱,叫做吸收光谱。
实验表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光
因此吸收光谱中的暗线与发射光谱中明线相对应(一一对应)，也是原子的特征谱线
单独的钠原子发出的明线光谱
白光经过低温钠原子气体吸收后的暗线光谱
明线光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鉴别物质。
二、氢原子光谱的实验规律
氢原子在可见光区的四条谱线
氢原子只能发出一系列特定波长的光
可见光区
紫外区
红外区
1885年，巴耳末对氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长λ满足一个简单的公式：
n ＝3，4，5，…
R∞里德伯常量，实验测得的值为R∞＝ 1.10×107m-1
巴耳末公式:
巴耳末系
反映了氢原子辐射波长的分立特征
巴尔末公式适用于整个巴耳末系(可见光和紫外光)
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
n＝2，3，4，...
n＝4，5，6，...
n＝5，6，7，...
n＝6，7，8，...
可见光区
红外区
紫外区
1.(多选)对原子光谱，下列说法正确的是(　　)
A.线状谱和吸收光谱可用于光谱分析
B.由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C.各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D.连续谱可以用来鉴别物质中含哪些元素
AC
2. (多选)下列关于特征谱线的几种说法，正确的有(　　)
A.线状谱中的亮线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线
B.线状谱中的亮线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
C.线状谱中的亮线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
D.同一元素的吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线是相对应的
AD
3. 对于巴耳末公式，下列说法正确的是(　　)
A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应
B.巴耳末公式只确定了氢原子发光中的可见光部分的光波长
C.巴耳末公式确定了氢原子发光中的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长
C
三.经典理论的困难
1.原子不稳定
经典电磁理论
能量减少
电子绕核半径逐渐减小
事实：
电子绕核运动会辐射电磁波
原子核式结构
绕核速度变大，周期变小,频率逐渐变大
辐射电磁波频率逐渐变大
2.原子光谱是连续的
光谱连续
原子是很稳定的系统
事实：
原子光谱是分立的线状谱
模型不完善
需要新理论
波尔受普朗克、爱因斯坦、巴尔末的启发将量子化概念用于原子系统
四、玻尔原子结构假说：
1.轨道量子化假设
玻尔
（1885 - 1962）
轨道半径rn不是任意的，必须满足一定条件：
(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动。
(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是量子化的。
n为量子数，r1为最小轨道半径
(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。
分 立 轨 道
:电子在不同的轨道运动对应着不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量
2.能量量子化
+
n=1
n=2
n=3
n=∞
由于轨道特定
原子对应的 能量也特定
E3
E2
E∞
E1
基态
激发态
原子能级图
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（n=1)叫作基态(稳定)，其他的状态叫作激发态(不稳定)。
电子轨道图
n级能量En与基态能量E1的关系：
哪个轨道能量最低？
哪个轨道原子最稳定？
E1=-13.6ev
E2=-3.4ev
E3=-1.5ev
En=0
3.跃迁假设:
向低能级跃迁：
(1)处于高能级
释放能量(光子）
辐射光子能量
ΔE=Em-En=hv
原子处于高能级稳定吗？
(自发跃迁)
思考1: 若大量氢原子处于n=3 激发态,会向低能级最多辐射出几种频率的光？
思考2: 若只有一个氢原子处于n=3激发态,向低能级跃迁时,最多能辐射多少种频率的光？
咋办？
这三种光频率有何关系？
这三种光波长有何关系？
v1
v2
v3
3.跃迁假设:
吸收光子能量
ΔE=Em-En=hv
(2)处于低能级
吸收能量(光子）
向高能级跃迁：
(受激跃迁)
原子处于低能级要跃迁到高能级咋办？
若要E1跃迁到E2吸收光子能量多少？
10.2eV
10.3eV？
10.1eV？
思考:若用a粒子(实物粒子,能量13eV)去撞击处于E1的原子，能让它跃迁到E2吗？
B.实物粒子使原子跃迁,原子可选择性吸收其部分能量进行跃迁。
故 就能实现跃迁
A.光子使原子跃迁,光子能量必须满足能级差才能跃迁(多点、少点都不行)
处于激发态的原子是不稳定的，向低能级跃迁(E3-E1),可自发的辐射特定频率的光子经过一次或几次跃迁到达基态。
由于能级是分立的，所以放出光子的能量也是分立的，因此原子发出的 光谱只有一些分立的亮线（线状谱）
基态的氢原子可以吸收特定频率的光子，向高轨道跃迁(E1-E3)
因此吸收光谱也是一些分立的暗线
故明线光谱的明线率与暗线光谱的暗线频率相同
3.气体导电发光原理解释
通常情况下，原子处于基态，非常稳定。而放电管中的气体原子受到高速运的电子撞击，使其跃迁到激发态，再自发跃迁到低能级而放出光子(光)，最后回到基态。
1.线状谱原因:
2.吸收光谱原因:
五.玻尔理论的局限性
玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。
1.成功之处：
对于外层电子较多元素的原子光谱，其波尔理论与事实相差很大，波尔不在适用。波尔没有认识到电子的波粒二象性缘故
2.玻尔理论的局限性：
实际上,根据量子力学，原子中电子的坐标没有确定的值,只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少.
如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率,画出图来就像云雾一样,故称电子云。
思考:
若原子向高能级跃迁(r增大)时,原子的能级(能量)如何变化？
库仑力对电子做什么功？势能如何变化？电子的动能呢？
+
1
4
3
2
向高能级跃迁:
向低能级跃迁:
原子能量增大(吸收光子)
,动能减少,势能增加
原子能量减少(释放光子)
,动能增加,势能减少
思考1:若要从E1跃迁到En,吸收光子能量多少？
此时原子处于什么态？
电离条件:
电离:
思考2:若光子能量hv>E1(能级能量),还会电离吗？
电离电离后电子动能多大？
会,能量太大，直接破坏了原子结构，电离后不在遵循跃迁条件
电子吸收能量克服核的引力，脱离原子变成自由电子的现象(r无穷远),
电子过程原子结构被破坏
要使原子电离，外界必须对原子做功，所提供的最小能量
1. (多选)按照玻尔理论，下列表述正确的是(　　)
A.核外电子运动轨道半径可取任意值
B.氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大
C.电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)
D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，可能辐射能量，也可能吸收能量
BC
2. (多选)氢原子的核外电子由一个轨道向另一轨道跃迁时，可能发生的情况是(　　)
A.原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B.原子放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小
C.原子吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
D.原子放出光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量减小
CD