人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性第4节氢原子光谱和玻尔的原子模型课件（25页PPT）

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第四章　原子结构和波粒二象性
第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型
1.了解光谱，知道氢原子光谱的实验规律，知道经典物理的困难在于 无法解释原子的稳定性和光谱分立特征。
2.知道玻尔原子理论的主要内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化 以及基态、激发态等概念。
3.掌握用玻尔原子理论，简单解释氢原子模型，了解玻尔模型的不足 之处及其原因。
学习任务一　光谱及氢原子光谱的实验规律
1. 光谱
（1）光谱的定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按 展 开，获得 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）原子的特征谱线：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 。
波长（或频率）　
波长（或频率）　
强度　
亮线　
连在一起　
线状谱　
特定频率　
不同　
发光频率　
特征谱线　
2. 氢原子光谱的实验规律
（1）原子发光的原因是原子 的运动。 是探索原子结 构的一条重要途径。
内部电子　
光谱　
4，5，…）　
如图所示为氢原子的光谱。仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
从右至左，相邻谱线间的距离越来越小（合理即可）。
A. 不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线
B. 使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气，可得到钠元素的特征谱线
C. 可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分
D. 原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据
ABC
解析：不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线，故 选项A正确；强烈的白光通过低温的钠蒸气时，某些波长的光被吸收产生钠 的吸收光谱，故选项B正确；每种原子都有自己的特征谱线，可以用特征谱 线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分，故选项C正确；α粒子散 射实验是原子具有核式结构的有力证据，故选项D错误。
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只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D. 公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱
解析：此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的， 只适用于氢原子光谱的分析，A正确，D错误；公式中n只能取大于等于3的整 数，λ不是连续值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确。
AC
学习任务二　玻尔理论的基本假设
1. 轨道量子化假设
（1）电子绕原子核做圆周运动的轨道的半径不是任意的，也就是说电子的 轨道是 的；
（2）电子在这些轨道上绕核的运动是 的，不产生 。
量子化　
稳定　
电磁辐射　
2. 能量量子化假设
（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 的值。 这些 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 的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。
特定　
量子化　
能级　
定态　
最低　
3. 定态跃迁（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 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。反之，当电子 光子时，会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道， 光 子的能量，同样由频率条件决定。
放出　
En－Em　
吸收　
吸收　
玻尔原子模型中提出了三条假设，其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃 迁。试探究：
（1）跃迁与电离有什么区别？
（1）跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原 子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程。
（2）跃迁与电离对光子的能量有什么要求？
（2）原子吸收光子的能量跃迁时必须满足能量条件，而只要大于电离能的 任何光子的能量都能被吸收。
A. 原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连 续变化
B. 原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C. 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级 之差
D. 由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱 只有一些分立的亮线
CD
解析：玻尔原子理论提出原子的能量是量子化的，故A错误；根据玻尔理论
可知，原子从低能级向高能级跃迁时吸收光子，从高能级向低能级跃迁时放
出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差，故B错误，C正确；根据玻尔
理论可知，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此
原子的光谱只有一些分立的亮线，故D正确。
辐射　
学习任务三　氢原子能级图以及玻尔理论的局限性
1. 氢原子能级图（如图所示）
2. 氢原子的能级公式和半径公式
（2）相应的电子轨道半径为rn＝n2r1（r1＝0.53×10－10 m，n＝1，2，3，…）。
3. 玻尔的原子理论的成功与局限
（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 在某个位置附近单位体积内出现 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 。
量子观念　
定态和跃迁　
氢原子　
经典粒子　
轨道　
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。试 探究：
（1）若从E3到E1是否只有E3→E1一种可能？
（1）不是，可以是E3→E1，也可以是先E3→E2，再E2→E1，有两种可能。
（2）如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多有多少条谱线？
A. ν1 B. ν2 C. ν3 D. ν3－ν1
A
A. 氢原子的发光光谱是连续谱
B. 氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C. 氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D. 氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
解析：原子的发光光谱是原子跃迁时形成的，由于原子的能级是分立的，所 以氢原子的发光光谱不是连续谱，原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁 时的能级差，故氢原子只能发出特定频率的光，综上所述，A、D错误，B、 C正确。
BC
A. 用10.2 eV的光子照射 B. 用11 eV的光子照射
C. 用14 eV的光子照射 D. 用11 eV的电子碰撞
ACD
解析：用10.2 eV的光子照射，氢原子可以从基态跃迁至n＝2能级，故A可 行；由能级图可知基态和其他能级之间的能量差都不等于11 eV，所以用11 eV的光子照射不可能使处于基态的氢原子跃迁，故B不可行；处于基态的氢 原子的电离能为13.6 eV，所以用14 eV的光子照射可以使处于基态的氢原子 电离，故C可行；由于11 eV大于基态和n＝2能级之间的能量差，所以用11 eV 的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子可能吸收其中部分能量（10.2 eV） 而发生跃迁，故D可行。
B