4．氢原子光谱和玻尔的原子模型
[学习任务] 任务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。
任务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。
任务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。
任务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。
[问题初探] 问题1．什么叫光谱？光谱的类型有哪些？
问题2．光谱分析需要用什么谱线？
问题3．巴耳末公式的适用条件是什么？
问题4．在玻尔原子模型中哪些方面用到了量子假设？哪些方面量子的概念不彻底？
[思维导图]
光谱及氢原子光谱的实验规律
[链接教材] 如图所示为光谱的形成及几种常见光谱。
仔细观察，请思考：
(1)光谱是怎样形成的？
(2)光谱的类型有哪些？
提示：(1)复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案便是光谱。(2)光谱可分为发射光谱和吸收光谱。发射光谱又包含连续谱和线状谱。
1．光谱
(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，获得波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
(2)分类
①线状谱：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连续谱：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。
③特征谱线
气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线。
(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。
2．氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
(1)氢原子光谱的实验规律
①巴耳末公式
＝R∞(n＝3，4，5，…)
②意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。
(2)经典理论的困难
①用经典电磁理论在解释原子的稳定性时遇到了困难。
②用经典电磁理论在解释原子光谱是分立的线状谱时遇到了困难。
由于各种元素的原子结构不同，在光源的作用下都可以产生自己的特征光谱。如果一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中有这几种元素。光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素，精度、灵敏度高，且不需纯样品，只需利用已知谱图即可进行光谱定性分析。如图甲所示为a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱。
问题1．通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？
问题2．请说出你的依据。
提示：1．b元素、d元素。
2．由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素和d元素的谱线在该线状谱中不存在。
1．光谱和光谱分析
(1)光谱产生条件及特点
光谱分类 产生条件 光谱特点
连续谱 炽热固体、液体和高压气体发光形成 连续分布，一切波长的光都有
线状谱(原 子光谱) 稀薄气体发光形成 一些不连续的亮线组成。各元素的谱线不同(又叫特征谱线)
吸收光谱 炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波长的光被吸收后形成 用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应)
(2)光谱分析
应用：①应用光谱分析发现新元素。②鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。③应用光谱分析鉴定食品优劣。
特别提醒：同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的，光谱分析可用吸收光谱，也可用线状谱，连续谱不能用于光谱分析，光谱分析时只能用特征谱线。
2．氢原子光谱
(1)氢原子光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱，在可见光区内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示，氢原子受激发只能发出几种特定频率的光，如图所示。
(2)氢原子光谱特点
①不连续，只由亮线组成。
②不同色，每种颜色对应一种波长。
③不等距，相邻两种光的波长间距不同。
3．巴耳末公式
(1)表达式：＝R∞(n＝3，4，5，…)。
(2)说明：①巴耳末公式适用于可见光区的谱线。
②R∞叫作里德伯常量，R∞＝1.10×107 m-1。
③n只能取整数，氢原子光谱的波长只能取分立值。
特别提醒：(1)巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。
(2)除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
【典例1】 (光谱和光谱分析)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱是连续谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
B．霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱都是线状谱
C．强白光通过酒精灯火焰上的钠盐形成的是吸收光谱
D．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
C [太阳光谱是吸收光谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成，故A错误；霓虹灯产生的是线状谱，炼钢炉中炽热铁水产生的是连续谱，故B错误；强白光通过酒精灯火焰上的钠盐形成的是吸收光谱，故C正确；发射光谱既可以是线状谱，也可以是连续谱，只有线状谱才能进行光谱分析，故D错误。]
【典例2】 (氢原子光谱)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式＝R∞，式中n＝3，4，5，…。后人把可用该公式描述的谱线系称为巴耳末系，氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子频率为ν1，其次为ν2，则为( )
A． B．
C． D．
A [谱线的波长满足公式＝R∞(n＝3，4，5，…)，当n＝3时，波长最长，＝R∞，当n＝4时，波长次之，＝R∞，解得＝，由c＝λν得＝＝，故A正确，B、C、D错误。]
玻尔原子理论的基本假设
[链接教材] 如图为氢原子的电子轨道示意图。
卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？
提示：(1)相同点：①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上；②带负电的电子在核外运转。(2)不同点：卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的。玻尔模型：半径r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的。
1．玻尔原子模型
(1)原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆周运动。
(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。
(3)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．定态
当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量，即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能级。原子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。
3．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，n>m)时会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em，这个式子被称为频率条件，又称辐射条件。
[微提醒] 如果光子能量不满足两个能级之间能量的差值，则电子不发生跃迁。
玻尔认为，电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动，如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m，其他的玻尔半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等，玻尔半径不可能是介于这些值之间的中间值。
问题1．经典物理学的观点是怎样的？
问题2．玻尔对氢原子核外电子的运动又是怎样解释的？
提示：1．根据经典理论，随着不断向外辐射能量的电子能量的减少，电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小，于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就像绕地球运动的人造地球卫星受到阻力作用不断损失能量后，要落到地面上一样。
2．电子绕核做圆周运动，尽管在高速旋转，但并不向外辐射能量，电子是稳定的。
1．轨道量子化
(1)轨道半径是一些不连续的、某些分立的数值。
(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。
(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV。
(3)激发态：较高的能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动。氢原子各能级的关系为En＝E1(E1＝－13.6 eV，n＝1，2，3，…)。
3．跃迁
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级En低能级Em(n＞m)。
【典例3】 (玻尔理论的假设)(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 [A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关。]
【典例4】 (玻尔理论的假设)已知氢原子能级公式为En＝－，其中n＝1，2，3，…称为量子数，A为已知常量；要想使氢原子量子数为n的激发态的电子脱离原子核的束缚变为自由电子，所需的能量大于由量子数为n的激发态向n－1激发态跃迁时放出的能量，则n的最小值为( )
A．2 B．3
C．4 D．5
C [电子由量子数为n的激发态脱离原子核的束缚变为自由电子所需的能量为ΔE＝，氢原子由量子数为n的激发态向n－1激发态跃迁时放出的能量为ΔE′＝－，根据题意有＞－，解得n>2＋，即n的最小值为4。]
解决玻尔的原子模型问题的五个关键
(1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量。
(2)原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定。
(3)处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的。
(4)原子的能量与电子的轨道半径相对应，电子的轨道半径大，原子的能量大，电子的轨道半径小，原子的能量小。
(5)电子轨道和能量满足量子化特点：rn＝n2r1，En＝E1(n＝1，2，3，…)。
【教用·备选例题】 氢原子第n能级的能量绝对值为En＝，其中E1是基态能量的绝对值，而量子数n＝1，2，3，…。假设通过电场加速的电子轰击氢原子时，电子全部的动能被氢原子吸收，使氢原子从基态跃迁到激发态，则使电子加速的电压至少为(e为电子所带的电荷量的绝对值)( )
A． B．
C． D．
C [当氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态时，电子加速的电压最小，由能量关系－eU＝E2－E1＝－E1，U＝。]
玻尔理论对氢光谱的解释 玻尔理论的局限性
[链接教材] 仔细观察氢原子的能级图。
(1)能级间的距离代表的是什么？
(2)激发态向基态跃迁的条件是什么？
(3)基态向激发态跃迁的条件是什么？
(4)基态氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁吗？
提示：(1)代表能级间能量值的差。(2)无条件，可自发跃迁。(3)受到激发，如光照、碰撞、加热等。(4)不能，假设基态能吸收此11 eV的光子，则吸收光子后所在能级的能量为－2.6 eV，无此能级。
1．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定态轨道的量子数n和2。
2．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不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。
3．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两个能级之差。由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
4．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，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。
5．玻尔理论的局限性
(1)成功之处
玻尔的原子理论第一次将量子理论引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。
(2)局限性
保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。
(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概率的多少，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，故称电子云。
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子。
问题1．若从E3跃迁到E1，是否只有E3→E1一种可能？
问题2．如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多能辐射出多少条谱线？
提示：1．不是。可以是E3→E1，也可以是E3→E2、E2→E1。
2．共有N＝＝条。
1．能级图：能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n＝∞是原子电离时对应的状态。
2．能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝＝。
3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。hν＝En－Em(En、Em是始、末两个能级的能量且m4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E＝En－Em)，就可使原子发生能级跃迁。
特别提醒：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。
【典例5】 (原子电离与跃迁)(多选)图示为氢原子能级结构示意图，在吸收光子或外来电子的作用下，处于基态的氢原子可能发生电离，被电离的氢原子也可能吸收自由电子再回到基态，放出一定频率的电磁波。下列说法正确的是( )
A．氢原子电离过程相当于氢原子跃迁到n＝∞能级
B．一群氢原子处于第三激发态时，可能辐射出的光谱线条数为3条
C．外来电子作用下电离氢原子，外来电子的动能有最小值
D．被电离氢原子吸收自由电子过程释放的能量是固定的
BC [氢原子处于n＝∞能级时具有的能量为0，但电离产生的自由电子的动能不一定为0，A错误；一群氢原子处于第三激发态时，最多可辐射出3条光谱线，故B正确；基态氢原子需要吸收大于13.6 eV的能量，才能电离，C正确；自由电子具有的动能不确定，基态氢原子具有的能量是固定的，所以被电离氢原子吸收自由电子过程释放的能量与自由电子的动能有关，不是定值，D错误。]
【典例6】 (能级跃迁与能级图的综合应用)(2023·湖北卷)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子( )
A．n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁
A [根据题意可知，波长为121.6 nm的氢原子谱线对应的光子能量为10.2 eV。n＝2和n＝1能级之间的跃迁释放的光子能量为E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，A正确；n＝3和n＝1能级之间的跃迁释放的光子能量为E2＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，B错误；n＝3和n＝2能级之间的跃迁释放的光子能量为E3＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，C错误；n＝4和n＝2能级之间的跃迁释放的光子能量为E4＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV，D错误。]
1．下列说法正确的是( )
A．巴耳末公式所计算得出的波长与氢原子光谱中的波长是一一对应的关系
B．根据巴耳末公式不仅可以分析氢原子光谱，也可以分析其他原子的发光光谱
C．由巴耳末公式得到的波长都在可见光波段
D．氢原子光谱中有红外光区、可见光区和紫外光区
D [巴耳末公式只能描述氢原子光谱中的一个线系，不能确定氢原子光谱中所有谱线对应的波长，故A错误；根据巴耳末公式只能分析氢原子光谱，不能分析其他原子的发光光谱，故B错误；巴耳末线系包括可见光区和部分紫外光区，故C错误；氢原子光谱中有可见光区、红外光区和紫外光区，故D正确。故选D。]
2．如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像，下则说法正确的是( )
A．大多数原子的发射光谱是线状谱
B．太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些金属
C．可见光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征
D．电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所以我们看到了原子光谱的分立特征
D [任何原子的发射光谱都是线状谱，A错误；太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的金属元素的特征谱线相对应，太阳光谱中的暗线表明太阳中正好存在这些金属元素，B错误；可见光谱与不可见光谱都有分立特征，C错误；电子绕原子核的运动都是不连续变化的，所以我们看到了原子光谱的分立特征，D正确。故选D。]
3．有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09×1014 Hz的光。可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为( )
A．红色 B．黄色
C．绿色 D．青色
A [根据题意可知，钠原子从激发态跃迁回基态有ENa＝hνNa，锂原子从激发态跃迁回基态有ELi＝hνLi，联立可得 νLi＝νNa＝×5.09×1014 Hz≈4.48×1014 Hz，根据题图乙可知锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红色。故选A。]
4．氢原子光谱如图甲所示，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线，对应氢原子中电子从量子数为n＝3、4、5、6的能级跃迁到n＝2的能级辐射的光，氢原子能级图如图乙所示，则关于这四条谱线对应的光，下列说法正确的是( )
A．Hα对应的光频率最大
B．在同种介质中传播时Hα对应的光传播速度最大
C．同种介质对Hα对应的光折射率最大
D．分别用四种光照射逸出功为2.60 eV的金属，均无光电子逸出
B [根据题意，由能级跃迁原理有ΔE＝Em－En＝hν＝，可知，由n＝6跃迁发出的光的频率最大，即Hδ对应的光频率最大，同种介质对Hδ对应的光折射率最大，由n＝可得，在同种介质中传播时Hα对应的光传播速度最大，故A、C错误，B正确；四种光跃迁产生最大的能量为ΔE＝E6－E2＝3.02 eV>2.60 eV，有光电子逸出，故D错误。故选B。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．光谱按产生方式可分为哪些？
提示：发射光谱和吸收光谱，其中发射光谱又分为线状谱和连续谱。
2．玻尔原子理论的基本假设有哪三个方面的内容？
提示：①轨道量子化；②能量量子化和定态；③频率条件与跃迁。
3．在玻尔的原子模型中氢原子的能级随量子数n的增大怎样变化？能级间隔呢？
提示：氢原子的能级随量子数n的增大而增大(E＝－)，级间隔随量子数n的增大而减小。
4．玻尔理论有哪些局限性？
提示：①不能解释稍微复杂一点的原子的光谱现象。
②电子的运动没有确定的轨道。
激光的产生机理
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程是以光子的形式辐射能量的过程，这就是原子发光现象。
原子发光有两种情形，一种是自发辐射，即处于不稳定的激发态的原子自发地跃迁到较低能级辐射出一个光子。各个原子发出的光是向四面八方辐射的，它们的频率和振动情况互不相同，我们看到的只是大量光产生的平均效果，这种光就是自然光，就是普通光源的发光情形。
另一种是受激辐射，当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量hν＝E2－E1的光子从附近通过，在入射光的电磁场的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迁到低能级E1去，这种辐射叫作受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率和振动情况都跟入射光子完全一样。如此，一个入射光子由于受激辐射就变成了两个同样的光子。如果这两个光子在介质中传播时再引起其他原子发生受激辐射，就会产生越来越多的相同光子，使光得到加强。由于受激辐射而得到加强的光被称为激光。
原子的发光有哪两种情形？激光的产生是哪种？
提示：自发辐射和受激辐射。受激辐射。
课时分层作业(十六)
?题组一 光谱和光谱分析
1．关于光谱和光谱分析，下列说法错误的是( )
A．发射光谱包括连续谱和线状谱
B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱
C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析
D．光谱分析可以帮助人们发现新元素
B [光谱分为发射光谱和吸收光谱，发射光谱分为连续谱和线状谱，故A正确，不符合题意；太阳光谱中有暗线，是吸收光谱，氢光谱是线状谱，故B错误，符合题意；线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析，故C正确，不符合题意；光谱分析可以精确分析物质中所含元素，可以帮助人们发现新元素，故D正确，不符合题意。故选B。]
?题组二 氢原子光谱的实验规律
2．如图所示为氢原子光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，下列说法正确的是( )
A．氢原子发射光谱属于连续光谱
B．该光谱是由氢原子核的跃迁产生
C．Hδ谱线对应光子的动量最大
D．Hα谱线对应光子的能量最大
C [氢原子发射光谱属于线状谱，A错误；该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生，B错误；光子动量为p＝，Hδ谱线波长最短，所以Hδ谱线对应光子动量最大，C正确；光子的能量为ε＝hν，Hα谱线波长最长，频率最小，所以光子能量最小，D错误。故选C。]
3．(多选)关于巴耳末公式＝R∞(n＝3，4，5，…)的理解，正确的是( )
A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C．公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D．公式不仅适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析
AC [巴耳末公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的，A正确；公式中的n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确；巴耳末公式只适用于氢原子光谱的分析，不适用于其他原子光谱的分析，D错误。]
?题组三 经典理论的困难
4．(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．经典电磁理论可以解释原子的稳定性
B．根据经典电磁理论知，电子绕原子核转动时，电子会不断地释放能量，最后坠落到原子核上
C．根据经典电磁理论知，原子光谱应该是连续的
D．对氢原子光谱的分析彻底否定了经典电磁理论
BC [根据经典电磁理论知，电子绕原子核转动时，电子会不断地释放能量，最后坠落到原子核上，原子不应该是稳定的，并且发射的光谱应该是连续的。对氢原子光谱的分析只是证明经典电磁理论不适用于对微观现象的解释，并没有完全否定经典电磁理论。综上，选项B、C正确。]
?题组四 玻尔原子理论的基本假设
5．(多选)氢原子的核外电子从距离核较近的轨道跃迁到距离核较远的轨道过程中( )
A．原子要吸收光子
B．原子的电势能减小
C．原子的能量减小
D．电子的动能减小
AD [核外电子从低轨道到高轨道，需吸收光子。轨道变高，则原子势能增大，电子动能减小，原子能量增加。故选AD。]
?题组五 玻尔理论对氢光谱的解释
6．如图为氢原子的能级图，以下说法正确的是( )
A．氢原子从高能级向基态跃迁时可能发射γ光子
B．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生四种谱线
C．一个处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生两种谱线
D．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时辐射的光子都可以使逸出功为3.34 eV的锌板发生光电效应
C [从能量为0跃迁到基态，放出的光子能量也就是13.6 eV，小于γ光子的能量，故A错误；一群处于n＝3的能级上的氢原子向低能级跃迁时产生的谱线条数，根据数学知识有N＝＝3种，故B错误；一个处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线，故C正确；根据金属发生光电效应的条件可知，入射光子的能量要大于金属的逸出功，故氢原子辐射的光子能量大于3.34 eV的，都可以使锌板发生光电效应。根据一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时辐射3种光子，光子的能量分别为E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，E2＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，E3＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，其中两种光子的能量大于锌板的逸出功，因此只有两种光子可以使锌板发生光电效应，故D错误。故选C。]
7．如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( )
A B
C D
C [根据玻尔的频率条件h＝En－Em可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短。从题图中可看出，能量差值的最大值是E3－E1，辐射光a的波长最短，能量差值的最小值是E3－E2，辐射光b的波长最长，谱线从左向右波长依次增大的顺序是a、c、b，选项C正确。]
?题组六 玻尔理论的局限性
8．关于玻尔理论的局限性，下列说法正确的是( )
A．玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是完全一致的
B．玻尔理论的局限性是保留了过多的经典物理理论
C．玻尔理论的局限性在于提出了定态和能级之间跃迁的概念
D．玻尔第一次将量子观念引入原子领域，是使玻尔理论陷入局限性的根本原因
B [玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是不同的，故A错误；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和能级之间跃迁的概念，所以成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但是由于过多保留了经典粒子的观念，仍然摆脱不了核式结构模型的局限性，故B正确，C、D错误。故选B。]
9．(2022·重庆卷)如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76 eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10 eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为( )
A．10.20 eV B．12.09 eV
C．12.75 eV D．13.06 eV
C [由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知从氢原子从n＝4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光(即从n＝4跃迁到n＝2辐射蓝光)，则需激发氢原子到n＝4能级，则激发氢原子的光子能量为ΔE＝E4－E1＝12.75 eV。故选C。]
10．(多选)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收波长为λ0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出波长为λ1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出波长为λ3的光子回到基态。下列说法正确的是( )
A．该原子钟产生的钟激光的波长λ2＝λ0－λ1－λ3
B．该钟激光的光子的能量ε＝
C．该钟激光的光子的动量为p＝
D．该钟激光可以让截止频率为的金属材料发生光电效应
BC [原子吸收波长为λ0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，有EⅡ－EⅠ＝hν0＝，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有 EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3＝＋＋，联立得＝＋＋，故A错误；该钟激光的光子的能量ε＝hν2＝，故B正确；该钟激光的光子的动量为p＝，故C正确；该钟激光频率小于，不可以让截止频率为的金属材料发生光电效应，故D错误。故选BC。]
11．地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。如图甲所示，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发射器内大量处于n＝3能级激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙所示为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。测得飞出光电管阴极的光电子最大初动能为9.54 eV，下列说法正确的是( )
A．光线发射器中发出3种频率的光子
B．光电管阴极材料的逸出功为0.66 eV
C．题述a光为氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光
D．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能变小
A [一群n＝3能级激发态的氢原子向低能级跃迁时释放的光子为3→1能级，3→2能级，2→1能级发出的三种光子，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，而吸收的最大能量为hν＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，则W0＝hν－Ekm＝2.55 eV，故B错误；根据题图丙可知a光的遏止电压小于b光的遏止电压，根据hν＝Ekm＋W0，eUc＝Ekm，可知a光子的能量小于b光子的能量，所以a光为氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出的光，故C错误；部分光线被遮挡，不改变光子的能量，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变，故D错误。]
12．处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱。氢光谱线的波长λ可以用广义的巴耳末公式表示：＝R∞，n、k分别表示氢原子跃迁前、后所处状态的量子数，k＝1，2，3…，对每一个k，有n＝k＋1，k＋2，k＋3，…，R∞称为里德伯常量，是一个已知量。对于k＝1的一系列谱线，其波长处在紫外线区，称为赖曼系；k＝2的一系列谱线，其波长处在可见光区，称为巴耳末系。用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U1；当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U2。已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，试求普朗克常量和该种金属的逸出功。
[解析] 设金属的逸出功为W0，光电效应所产生的光电子的最大初动能为Ek。
由动能定理知Ek＝eUc
对于赖曼系，当n＝2时对应的光波长最长，设为λ1。
由题中所给公式，有＝R∞＝R∞
波长λ1的光对应的频率为ν1＝＝R∞c
对于巴耳末系，当n→∞时对应的光波长最短，设为λ2，由题中所给公式，有≈R∞＝R∞
波长λ2的光对应的频率为ν2＝＝R∞c
根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，知
Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0
又Ek1＝eU1，Ek2＝eU2
联立上式解得h＝，W0＝。
[答案] (共61张PPT)
4．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
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 任务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。
任务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。
任务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。
任务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。
[问题初探] 问题1．什么叫光谱？光谱的类型有哪些？
问题2．光谱分析需要用什么谱线？
问题3．巴耳末公式的适用条件是什么？
问题4．在玻尔原子模型中哪些方面用到了量子假设？哪些方面量子的概念不彻底？
[思维导图]
探究重构·关键能力达成
[链接教材] 如图所示为光谱的形成及几种常见光谱。
知识点一 光谱及氢原子光谱的实验规律
仔细观察，请思考：
(1)光谱是怎样形成的？
(2)光谱的类型有哪些？
提示：(1)复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案便是光谱。(2)光谱可分为发射光谱和吸收光谱。发射光谱又包含连续谱和线状谱。
1．光谱
(1)定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按____(频率)展开，获得____(频率)和强度分布的记录，即光谱。
(2)分类
①线状谱：有些光谱是一条条的____，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。
②连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的____，叫作连续谱。
波长
波长
亮线
光带
③特征谱线
气体中中性原子的发光光谱都是______，且不同原子的亮线位置____，故这些亮线称为原子的____谱线。
(3)光谱分析
①定义：利用原子的________来鉴别物质和确定物质的组成成分。
②优点：灵敏度高。
线状谱
不同
特征
特征谱线
线状光谱
稳定性
分立
由于各种元素的原子结构不同，在光源的作用下都可以产生自己的特征光谱。如果一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中有这几种元素。光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素，精度、灵敏度高，且不需纯样品，只需利用已知谱图即可进行光谱定性分析。如图甲所示为a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱。
问题1．通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？
问题2．请说出你的依据。
提示：1．b元素、d元素。
2．由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素和d元素的谱线在该线状谱中不存在。
1．光谱和光谱分析
(1)光谱产生条件及特点
光谱分类 产生条件 光谱特点
连续谱 炽热固体、液体和高压气体发光形成 连续分布，一切波长的光都有
光谱分类 产生条件 光谱特点
线状谱(原
子光谱) 稀薄气体发光形成 一些不连续的亮线组成。各元素的谱线不同(又叫特征谱线)
吸收光谱 炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波长的光被吸收后形成 用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应)
(2)光谱分析
应用：①应用光谱分析发现新元素。②鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。③应用光谱分析鉴定食品优劣。
特别提醒：同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的，光谱分析可用吸收光谱，也可用线状谱，连续谱不能用于光谱分析，光谱分析时只能用特征谱线。
2．氢原子光谱
(1)氢原子光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱，在可见光区内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示，氢原子受激发只能发出几种特定频率的光，如图所示。
(2)氢原子光谱特点
①不连续，只由亮线组成。
②不同色，每种颜色对应一种波长。
③不等距，相邻两种光的波长间距不同。
特别提醒：(1)巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。
(2)除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
【典例1】 (光谱和光谱分析)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱是连续谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
B．霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱都是线状谱
C．强白光通过酒精灯火焰上的钠盐形成的是吸收光谱
D．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
√
C [太阳光谱是吸收光谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成，故A错误；霓虹灯产生的是线状谱，炼钢炉中炽热铁水产生的是连续谱，故B错误；强白光通过酒精灯火焰上的钠盐形成的是吸收光谱，故C正确；发射光谱既可以是线状谱，也可以是连续谱，只有线状谱才能进行光谱分析，故D错误。]
√
[链接教材] 如图为氢原子的电子轨道示意图。
知识点二 玻尔原子理论的基本假设
卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？
提示：(1)相同点：①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上；②带负电的电子在核外运转。(2)不同点：卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的。玻尔模型：半径r是分立的、量子化的，原子能量也是量子化的。
1．玻尔原子模型
(1)原子中的电子在______的作用下，绕______做圆周运动。
(2)电子绕核运动的轨道是______的。
(3)电子在这些轨道上绕核的运动是____的，不产生________。
2．定态
当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有____的能量，即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____。原子具有确定能量的稳定状态，称为____。能量最低的状态叫作____，其他的状态叫作______。
库仑力
原子核
量子化
稳定
电磁辐射
不同
能级
定态
基态
激发态
3．跃迁
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)_____到能量较低的定态轨道(能量记为Em，n>m)时会____能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的______决定，即hν＝_______，这个式子被称为频率条件，又称____条件。
[微提醒] 如果光子能量不满足两个能级之间能量的差值，则电子不发生跃迁。
跃迁
放出
能量差
En－Em
辐射
玻尔认为，电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动，如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m，其他的玻尔半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等，玻尔半径不可能是介于这些值之间的中间值。
问题1．经典物理学的观点是怎样的？
问题2．玻尔对氢原子核外电子的运动又是怎样解释的？
提示：1．根据经典理论，随着不断向外辐射能量的电子能量的减少，电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小，于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就像绕地球运动的人造地球卫星受到阻力作用不断损失能量后，要落到地面上一样。
2．电子绕核做圆周运动，尽管在高速旋转，但并不向外辐射能量，电子是稳定的。
1．轨道量子化
(1)轨道半径是一些不连续的、某些分立的数值。
(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。
【典例3】 (玻尔理论的假设)(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 [A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关。]
√
√
[链接教材] 仔细观察氢原子的能级图。
知识点三 玻尔理论对氢光谱的解释 玻尔理论的局限性
(1)能级间的距离代表的是什么？
(2)激发态向基态跃迁的条件是什么？
(3)基态向激发态跃迁的条件是什么？
(4)基态氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁吗？
提示：(1)代表能级间能量值的差。(2)无条件，可自发跃迁。(3)受到激发，如光照、碰撞、加热等。(4)不能，假设基态能吸收此11 eV的光子，则吸收光子后所在能级的能量为－2.6 eV，无此能级。
1．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。
2．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。
定态轨道
激发态
不稳定
光子
3．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两个________。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____的亮线。
4．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。
能级之差
分立
分立
分立
能级
光子频率
5．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。
量子理论
定态和跃迁
氢原子
经典粒子
轨道
(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____一样分布在原子核周围，故称______。
概率
云雾
电子云
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或
辐射出一定频率的光子。
问题1．若从E3跃迁到E1，是否只有E3→E1一种可能？
问题2．如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多能辐射出多少条谱线？
3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。hν＝En－Em(En、Em是始、末两个能级的能量且m4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值(E＝En－Em)，就可使原子发生能级跃迁。
特别提醒：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。
【典例5】 (原子电离与跃迁)(多选)图示为氢原子能级结构示意图，在吸收光子或外来电子的作用下，处于基态的氢原子
可能发生电离，被电离的氢原子也可能吸收自由电子
再回到基态，放出一定频率的电磁波。下列说法正确
的是( )
A．氢原子电离过程相当于氢原子跃迁到n＝∞能级
B．一群氢原子处于第三激发态时，可能辐射出的光谱线条数为3条
C．外来电子作用下电离氢原子，外来电子的动能有最小值
D．被电离氢原子吸收自由电子过程释放的能量是固定的
√
√
BC [氢原子处于n＝∞能级时具有的能量为0，但电离产生的自由电子的动能不一定为0，A错误；一群氢原子处于第三激发态时，最多可辐射出3条光谱线，故B正确；基态氢原子需要吸收大于13.6 eV的能量，才能电离，C正确；自由电子具有的动能不确定，基态氢原子具有的能量是固定的，所以被电离氢原子吸收自由电子过程释放的能量与自由电子的动能有关，不是定值，D错误。]
【典例6】 (能级跃迁与能级图的综合应用)(2023·湖北卷)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子( )
A．n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁
√
A [根据题意可知，波长为121.6 nm的氢原子谱线对应的光子能量为10.2 eV。n＝2和n＝1能级之间的跃迁释放的光子能量为E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，A正确；n＝3和n＝1能级之间的跃迁释放的光子能量为E2＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，B错误；n＝3和n＝2能级之间的跃迁释放的光子能量为E3＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，C错误；n＝4和n＝2能级之间的跃迁释放的光子能量为E4＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV，D错误。]
应用迁移·随堂评估自测
1．下列说法正确的是( )
A．巴耳末公式所计算得出的波长与氢原子光谱中的波长是一一对应的关系
B．根据巴耳末公式不仅可以分析氢原子光谱，也可以分析其他原子的发光光谱
C．由巴耳末公式得到的波长都在可见光波段
D．氢原子光谱中有红外光区、可见光区和紫外光区
√
2
4
3
题号
1
D [巴耳末公式只能描述氢原子光谱中的一个线系，不能确定氢原子光谱中所有谱线对应的波长，故A错误；根据巴耳末公式只能分析氢原子光谱，不能分析其他原子的发光光谱，故B错误；巴耳末线系包括可见光区和部分紫外光区，故C错误；氢原子光谱中有可见光区、红外光区和紫外光区，故D正确。故选D。]
2
4
3
题号
1
2．如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光
谱、太阳光谱图像，下则说法正确的是( )
A．大多数原子的发射光谱是线状谱
B．太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些金属
C．可见光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征
D．电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所以我们看到了原子光谱的分立特征
2
3
题号
1
4
√
D [任何原子的发射光谱都是线状谱，A错误；太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的金属元素的特征谱线相对应，太阳光谱中的暗线表明太阳中正好存在这些金属元素，B错误；可见光谱与不可见光谱都有分立特征，C错误；电子绕原子核的运动都是不连续变化的，所以我们看到了原子光谱的分立特征，D正确。故选D。]
2
3
题号
1
4
3．有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09×1014 Hz的光。可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为( )
A．红色
B．黄色
C．绿色
D．青色
2
3
题号
4
1
√
2
3
题号
4
1
4．氢原子光谱如图甲所示，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线，对应氢原子中电子从量子数为n＝3、4、5、6的能级跃迁到n＝2的能级辐射的光，氢原子能级图如图乙所示，则关于这四条谱线对应的光，下列说法正确的是( )
A．Hα对应的光频率最大
B．在同种介质中传播时Hα对应的光传播
速度最大
C．同种介质对Hα对应的光折射率最大
D．分别用四种光照射逸出功为2.60 eV的金属，均无光电子逸出
2
4
3
题号
1
√
2
4
3
题号
1
回归本节知识，完成以下问题：
1．光谱按产生方式可分为哪些？
提示：发射光谱和吸收光谱，其中发射光谱又分为线状谱和连续谱。
2．玻尔原子理论的基本假设有哪三个方面的内容？
提示：①轨道量子化；②能量量子化和定态；③频率条件与跃迁。
3．在玻尔的原子模型中氢原子的能级随量子数n的增大怎样变化？能级间隔呢？
4．玻尔理论有哪些局限性？
提示：①不能解释稍微复杂一点的原子的光谱现象。
②电子的运动没有确定的轨道。
阅读材料·拓宽物理视野
激光的产生机理
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程是以光子的形式辐射能量的过程，这就是原子发光现象。
原子发光有两种情形，一种是自发辐射，即处于不稳定的激发态的原子自发地跃迁到较低能级辐射出一个光子。各个原子发出的光是向四面八方辐射的，它们的频率和振动情况互不相同，我们看到的只是大量光产生的平均效果，这种光就是自然光，就是普通光源的发光情形。
另一种是受激辐射，当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量hν＝E2－E1的光子从附近通过，在入射光的电磁场的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迁到低能级E1去，这种辐射叫作受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率和振动情况都跟入射光子完全一样。如此，一个入射光子由于受激辐射就变成了两个同样的光子。如果这两个光子在介质中传播时再引起其他原子发生受激辐射，就会产生越来越多的相同光子，使光得到加强。由于受激辐射而得到加强的光被称为激光。
问题 原子的发光有哪两种情形？激光的产生是哪种？
提示：自发辐射和受激辐射。受激辐射。
