4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
基础知识导学
一、光谱
1.定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按 (频率)展开，获得波长(频率)和 分布的记录．
2.分类 (1)线状谱：光谱是一条条的 ． (2)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，不同原子的亮线位置 ，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．
二、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：＝R∞(－)(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．
三、经典理论的困难
1.核式结构模型的成就：正确地指出了 的存在，很好地解释了 ．
2.经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的 ，又无法解释原子光谱的 线状谱．
四、玻尔原子理论的基本假设
1.轨道量子化：(1)原子中的电子在 的作用下，绕原子核做 ．
(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 的(填“连续变化”或“量子化”)．
(3)电子在这些轨道上绕核的运动是 的，不产生 ．
2.定态：(1)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 ．
(2)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．
五、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 ，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．
六、玻尔理论的局限性
1.成功之处
玻尔的原子理论第一次将 引入原子领域，提出了 的概念，成功解释了 光谱的实验规律．
2.局限性：保留了 的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的 运动．
3.电子云
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述某时刻电子在某个位置出现 的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称 ．
基础小题试练
1.关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( )
A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B.阴极射线本质是电子
C.阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电
D.阴极射线的比荷比氢原子核小
2.如图为氢原子能级示意图。光子能量为的一束光照射大量处于基态的氢原子，使其发生能级跃迁，发出的光的频率可能有( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
3.下列说法中正确的是( )
A.一群氢原子处于的激发态向较低能级跃迁，最多可放出8种频率的光子
B.由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质
C.任何核反应都一定有质量亏损
D.α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的
4.三种不同的光甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属表面，均恰能使金属中逸出光电子，三种光的波长，则( )
A.三种光子的动量
B.三种光子的能量
C.乙光照射金属中会有光电子逸出
D.甲光和乙光一起照射金属中会逸出更多的光电子
5.氢原子能级的结构如图所示，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。下列说法正确的是( )
A.衍射现象最明显的光来自能级到能级的跃迁
B.频率最小的光来自能级到能级的跃迁
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
答案以及解析
1.答案：B
解析：ABC.阴极射线是原子受激发射出的电子流，AC错误，B正确；
D.电子带电荷量与氢原子相同，但质量是氢原子的，故阴极射线的比荷比氢原子大，D错误。
故选B。
2.答案：D
解析：根据波尔理论，可知当光子能量为12.75eV时，氢原子到达的最大能级为第4能级，结合数学公式得出放出不同频率光子种类数目为6。
故选D。
3.答案：B
解析：A.根据，知一群氢原子处于的激发态向较低能级跃迁，最多可放出六种频率的光子，故A错误；
B.由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质，故B正确；
C.核反应不是都会放出能量的，有些核反应是需要吸收能量的，如铁元素之后的聚变反应会吸收能量。只要放出了能量，就一定有能量亏损，故C错误；
D.α粒子散射实验得出电子绕核旋转，原子的能量是连续的，故D错误。
故选B。
4.答案：C
解析：由公式可知波长越长，光子的动量越小，则有，A错误；由公式可知波长越长，光子的能量越低，则有，B错误；由光电效应方程，可知逸出功，所以乙光照射金属中会有光电子逸出，C正确；甲光的频率低于金属b的极限频率，照射金属b不会有光电子逸出，所以甲光和乙光一起照射金属中不会逸出更多的光电子，D错误。
5.答案：D
解析：从能级到能级跃迁辐射的光子能量最大，光的频率最高，波长最短，衍射现象最不明显，A错误;频率最小的光来自能级到能级跃迁，B错误;这些氢原子总共可辐射种不同频率的光，C错误。