4.4 第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型 课件《创新课堂》选择性必修三（47页ppt）

(共47张PPT)
第4节　氢原子光谱和玻尔的原子模型
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，知道经典物理的困难。
2．知道玻尔原子理论基本假设的主要内容。　3.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。
4．掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。　5.了解玻尔理论的不足之处及其原因。　
课前知识梳理
PART
01
第一部分
波长(频率)　
亮线
光带
线状谱
不同
特征谱线
特征谱线
稳定性
原子
量子化
稳定的
能级
定态
基态
激发态
放出
En－Em
频率
较低
较高
频率条件
里德伯常量
两个能级之差　
分立
分立
量子观念
定态
跃迁
氢原子
经典粒子
轨道
3．电子云
根据量子力学，原子中的电子的坐标没有确定的值，我们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，而不能把电子的运动看成一个具有确定坐标的质点的轨道运动。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，叫作电子云。
判断下列说法是否正确。
(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。(　　)
(2)在巴耳末公式中，n值越大，氢光谱的波长越长。(　　)
(3)不同原子的发光频率是不一样的。(　　)
(4)电子吸收某种频率的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。(　　)
(5)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因。(　　)
(6)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线。(　　)
(7)玻尔理论的成功之处在于建立了轨道的概念。(　　)
(8)电子云就是原子核外电子的分布图。(　　)
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√
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课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　光谱和氢原子光谱的规律
1．光谱和光谱分析
(1)物质发出的光按波长(频率)展开，形成光谱。有的光谱是连续谱，有的光谱是线状谱。
(2)光谱分析的优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g。
(3)光谱分析的应用：鉴别物质和确定物质的组成成分。
(4)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱。
2．氢原子的光谱
氢原子的光谱如图所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光。
角度1　光谱和光谱分析
(2024·陕西榆林阶段练)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
√
[解析]　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。
√
√
[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。
知识点二　玻尔原子理论

如图是氢原子的能级图。

(1)能级图中横线的物理意义是什么？
[提示]　能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态。
(2)横线左端的数字“1，2，3，…”表示什么意思？
[提示]　横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数。“1”表示原子处于基态，“2”“3”……表示原子处于不同的激发态。
(3)横线右端的数字表示什么意思？
[提示]　横线右端的数字“－13.6”“－3.40”……表示氢原子各个状态的能量值。　
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是一些不连续的、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。
4．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是始末两个能级且m能级差越大，放出光子的频率就越高。
角度1　玻尔理论的理解
(2024·广东广州开学考)原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是(　　)
A．频率相同的光子能量不一定相同
B．原子跃迁发射的光子频率一定不连续
C．原子跃迁只产生单一频率的光子
D．激光照射金属板不可能发生光电效应
√
[解析]　根据ε＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A错误。
原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子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；电子轨道是量子化的，能量是量子化的，故而频率是不连续的；这也就成功解释了氢原子光谱不连续的特点，故B正确。
原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误。
根据Ek＝hν－W0可知，当激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误。
(多选)下列说法正确的是(　　)
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
√
√
[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。
角度2　原子能级和能级跃迁
(2024·江苏扬州二模)氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量在1.64～3.11 eV之间。处在n＝2能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子属于电磁波谱中的(　　)

A．红外线　　　　　　 B．可见光
C．紫外线 D．γ射线
√
[解析]　处在n＝2能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子能量E＝－3.40 eV－(－13.60 eV)＝10.2 eV，此能量大于可见光光子的能量，故A、B错误；
由于γ射线是从原子核辐射出来的，所以处在n＝2能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子属于电磁波谱中的紫外线，故C正确，D错误。
(2024·四川成都二模)如图所示为氢原子的能级图，当大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射不同频率的光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠，能发生光电效应的光子频率有(　　)

A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
√
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(光谱和光谱分析)(2024·河南南阳期末)包含各种波长的复合光，被原子吸收了某些波长的光子后，连续光谱中这些波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱叫作吸收光谱。传到地球表面的太阳光谱就是吸收光谱，则(　　)
A．太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的
B．太阳光谱中的暗线是地球大气中的原子吸收光子后产生的
C．利用太阳光谱可以分析地球大气中含有哪些元素
D．利用太阳光谱可以分析太阳光中含有哪些元素
√
解析：太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的，且太阳光谱中的许多暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应，于是可以利用太阳光谱分析太阳大气中存在哪些金属元素。
2．(玻尔理论)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是(　　)
A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径是任意的
B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射
C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子
D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收
√
解析：根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，故A错误；
电子绕核做圆周运动是稳定的，不发生电磁辐射，故B错误；
从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，故C错误；
当吸收的光子能量等于两能级间的能级差时，才能被氢原子吸收，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时只有某些频率的光可以被氢原子吸收，故D正确。
3．(对玻尔理论的理解)(多选)根据玻尔理论，以下说法正确的是(　　)
A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波
B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量
C．原子内电子绕核运动可能的轨道半径是不连续的
D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差
√
√
√
解析：根据玻尔理论可知，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的、不连续的，故A错误，B、C正确；
原子在发生能级跃迁时，要辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量取决于两个轨道的能量差，故D正确。
4．(原子能级和能级跃迁)(2024·广东湛江一模)霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而使其呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图。大量氢原子处于n＝4的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为3.2 eV的金属钙。下列说法正确的是(　　)
A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eV
B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时放出的光子能量最大
C．有3种频率的光子能使金属钙发生光电效应
D．用0.54 eV的光子照射，氢原子可跃迁到n＝5的激发态
√
解析：由题意知，氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光子能量最大，光子最大能量hνm＝E4－E1＝12.75 eV，用该光子照射逸出功为3.2 eV的金属钙时，逸出光电子的最大初动能Ekm＝hνm－W0＝9.55 eV，故A错误；
氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出的光子能量最小，故B错误；
由于从n＝4能级跃迁到n＝5能级需要吸收的光子能量ΔE＝E5－E4＝－0.54 eV－(－0.85 eV)＝0.31 eV≠0.54 eV，所以用0.54 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝5的激发态，故D错误。