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四氢原子光谱和玻尔的原子模型课件（29页PPT)

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四、 氢原子光谱和玻尔的原子模型
原子结构和波粒二象性
第四章
知识点一
知识点一　光谱
阅读教材中“光谱”的相关内容，完成下列填空：
(1)光谱：用____________可以把物质发出的光按____________展开，获得____________
_____________分布的记录，即光谱。
(2)线状谱：有些光谱是一条条的____________，我们把它们叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。
(3)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，我们把它叫作连续谱。
(4)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。
(5)光谱的应用：每种原子都有自己的____________，我们可以利用它来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。
棱镜或光栅
波长(频率)
波长(频
率)和强度
亮线
线状谱
不同
特征
特征谱线
组成成分
光谱分析
例1　(多选)下列有关光谱问题的论述，正确的有(　 　)
A. 熔化的钢水发出的光通过分光镜所得到的是连续光谱
B. 气体发出的光只能产生明线光谱
C. 光谱分析的优点是非常灵敏与迅速
D. 进行光谱分析，可以用连续光谱，也可以用吸收光谱
【解析】 炽热的固体、液体和高压气体发出的光通过分光镜形成的是连续光谱，A正确；气体发光，若为高压气体则产生连续光谱，若为稀薄气体则产生明线光谱，B错误；光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分，故光谱分析非常灵敏与迅速，C正确；进行光谱分析，必须利用线状谱或吸收光谱，连续谱不行，D错误。
AC
[要点总结]
1. 光谱的分类
2. 几种光谱的比较
光谱 产生条件 光谱形式及应用
线状谱 稀薄气体发光形成的 由一些不连续的亮线组成，不同原子的亮线(又叫特征谱线)位置不同，可用于光谱分析
连续谱 炽热的固体、液体或高压气体发光形成的 连续分布，一切波长的光都有
吸收
光谱 炽热的白光通过温度较低的气体后形成的 用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)，可用于光谱分析
3. 太阳光谱
(1)特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱。
(2)产生原因：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了明亮背景下的暗线。
知识点二
特定波长
可见
(2)经典理论的困难：卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验的现象。但是，经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。
①按照经典电磁理论，核外电子将把自己绕核转动的能量以____________的形式辐射出去，因此电子绕核转动，这个系统应是____________的，但事实上，原子是个很稳定的系统。
②根据经典电磁理论，大量原子发光的光谱应该是包含____________的连续光谱，而事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的____________的线状谱。
电磁波
不稳定
一切频率
分立
AC
[要点总结]
1. 巴耳末公式是对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线分析时总结出来的，反映氢原子的线状光谱的特征，不能描述其他原子的。
2. 其他谱线：除了巴耳末系，氢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。
知识点三
知识点三　玻尔原子理论的基本假设
阅读教材中“玻尔原子理论的基本假设”的相关内容，完成以下填空：
(1)轨道量子化
①原子中的电子在____________力的作用下，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转动是____________的，且不产生____________。
(2)能量量子化
①能量量子化：当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是_________的，这些量子化的能量值叫作_______。
②定态：原子具有确定能量的____________状态，称为定态。
③基态：能量____________的状态叫作基态。
④激发态：基态之外较高的能量状态叫作激发态。
库仑引
原子核
量子化
稳定
电磁辐射
量子化
能级
稳定
最低
(3)频率条件
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(其能量记为Em，m＜n)时，会__________能量为hν的光子，该光子的能量hν＝___________，这个式子被称为____________条件，又称____________条件。
跃迁
放出
En－Em
频率
辐射
例3　(多选)按照玻尔原子理论，下列说法中，正确的有(　 　)
A. 核外电子运动的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＝En－Em(m＜n)
D. 氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量
【解析】 根据玻尔理论，可知核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知，C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误。
BC
变式　(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
【解析】 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。
ABC
[要点总结]
1. 原子从一种定态跃迁到另一种定态时，辐射或吸收光子的频率满足的关系为：
高能级En
低能级Em
知识点四
知识点四　玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性
阅读教材中“玻尔理论的局限性”的相关内容，完成下列填空：
(1)玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将___________引入原子领域，提出了_______和____________的概念，成功解释了____________光谱的实验规律。但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱。
(2)玻尔理论的局限性：过多地保留了经典理论，即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：原子中电子的____________没有确定的值，我们只能描述电子在某个位置出现的____________是多少，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，故称____________。
量子观念
定态
跃迁
氢原子
坐标
概率
电子云
例4　如图所示为氢原子能级图以及氢原子从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，已知氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射光子的波长为656 nm。下列说法中，正确的是(　　)
A. 四条谱线中波长最长的是Hδ
B. 用633 nm的光照射能使氢原子从n＝2能级跃迁到n＝3能级
C. 一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线
D. 如果用能量为10.3 eV的电子轰击，一定不能使基态的氢原子激发
C
[要点总结]
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，光子的能量必须等于两个能级的能量差。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而激发，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个能级的能量差(E＝En－Em)，就可使原子发生能级跃迁。
随堂检测
1. 如图所示为原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像。下列说法中，正确的
是(　　)
A. 所有原子的发射光谱都是线状谱
B. 太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些元素
C. 可见光的光谱有分立特征，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
【解析】 原子的发射光谱既有线状谱又有连续谱，A错误；太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的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元素，B错误；可见光的光谱与不可见光的光谱都有分立特征，C错误；电子绕原子核运动的轨道是不连续的，我们看到的原子光谱都是线状谱，D正确。
D
2. 关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系，下列说法中，正确的是(　　)
A. 吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关
B. 吸收光谱和明线光谱的产生方法相同，它们的谱线重合
C. 明线光谱与吸收光谱都是连续谱
D. 明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定化学组成
【解析】 吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，同种物质吸收光谱中的暗线与明线光谱中的明线相对应，A、B错误；明线光谱是线状谱，C错误；明线光谱和吸收光谱都可以进行光谱分析，用来鉴别物质和确定化学组成，D正确。
D
3. [2025·金华一模]氢原子能级图如图所示，下列说法中，正确的是(　　)
A. 原子从高能级向低能级跃迁时，释放的能量大于两者的能级差
B. 原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系
C. 赖曼系是原子从较高能级向量子数为3的能级跃迁时发出的光谱线
D. 若巴耳末系的光能使某金属发生光电效应，则帕邢系的光也一定能使该金属发生光电效应
B
【解析】 原子从高能级向低能级跃迁时，释放的能量等于两者能级差，A错误；由图可知，原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系，B正确；赖曼系是原子从较高能级向量子数为1的能级跃迁时发出的光谱线，C错误；结合玻尔理论可知，帕邢系的光子的能量值小于巴耳末系光子的能量值，所以若巴尔末系的某种光能使一金属发生光电效应，则帕邢系的光不一定能使该金属发生光电效应，D错误。
4. (多选)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为2.25 eV的钾。下列说法中，正确的有
( 　 　)
A. 这群氢原子能发出三种不同频率的光
B. 这群氢原子发出的光子均能使金属钾发生光电效应
C. 金属钾表面逸出的光电子的最大初动能一定小于12.09 eV
D. 金属钾表面逸出的光电子的最大初动能可能等于9.84 eV
ACD
5. [2025·北京通州期末]氢原子能级示意如图所示。现有大量氢原子处于 n＝3 能级，
下列说法中，正确的是(　　)
D