4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型学案-高二物理选择性必修3 Word版无答案

物理导学案 创编人：辛春梅 审核人：孙建国 使用时间：高二下学期 编号：
4．氢原子光谱和玻尔的原子模型预习案
班级： 姓名： 小组： 小组评价： 教师评价：
【预习目标】知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。　　
【使用说明】
1.先阅读本节教材，回答第84页“问题”并梳理必要的知识点。教材P84“问题”提示：每种原子都有自己的特征谱线，食盐钠原子能发出黄色频率的光线。理解课本基础知识，有疑问的用红色笔做好疑难标记。完成教材助读设置问题，依据发现的问题再研读教材或者查阅资料，解决问题。将预习中不能解决的问题填在疑惑卡上。
2.分层完成，A层全部完成并梳理知识结构，标“※”的题目要求B层选做。小组长职责，知道引领小组各层成员按时完成任务，人人达标。
3自主阅读学习法、合作学习法、实验探究
一、光谱及氢原子光谱的实验规律
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
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。
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。
特征谱线
气体中中性原子的发射光谱都是___，且不同原子的亮线位置___，故这些亮线称为原子的___谱线。
(4)光谱分析
定义：利用原子的___来鉴别物质和确定物质的组成成分。
优点：灵敏度高。
说明：同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。
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
巴耳末公式
＝R∞　n＝3，4，5，…
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___时遇到了困难。
(2)用经典电磁理论在解释原子光谱是___的线状谱时遇到了困难。
说明：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。
二、玻尔原子理论的基本假设
1．玻尔原子模型
(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．定态
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___的能量，即原子的能量是___的，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___，其他的能量状态叫作___。
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(其能量记为Em，n＞m)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。
三、玻尔理论对氢原子光谱的解释
1．玻尔理论对氢光谱的解释
(1)解释巴耳末公式
①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝___②巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的___的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的___符合得很好。
(2)解释氢原子光谱的不连续性
原子从较高能级向低能级跃迁时放出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。
2．玻尔理论的局限性
(1)成功之处
玻尔理论第一次将___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，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的___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___。
说明：电子从能量较高的定态轨道，跃迁到能量较低的定态轨道，会放出光子；反之会吸收光子。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)各种原子的发射光谱都是连续谱。
(2)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。
(3)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的原因。
(4)玻尔理论能成功的解释氢光谱。
2．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是(　　)
A．原子光谱是不连续的B．原子光谱是连续的
C．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
D．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
3．(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，虽然电子做加速运动，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
氢原子光谱和玻尔的原子模型导学案训练案
【学习目标】1．[物理观念]知道光谱、连续谱、线状谱及玻尔原子理论基本假设的内容，了解能级、能级跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念和相关的实验规律。　2.[科学思维]掌握氢原子光谱的实验规律和氢原子能级图，理解理论的局限性与不足，能用原子能级图分析、推理、计算，提高解决问题的能力。　3.[科学探究]通过对氢原子光谱实验规律的探究及玻尔理论的理解，揭示物理现象的科学本质，提高探究能力。　4.[科学态度与责任]学会用事实说话，坚持实事求是的科学态度，体验科学家的艰辛，激发探索科学规律的热情。
【情境导学】
光谱及氢原子光谱的规律
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特征的光谱。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。
试探究：(1)通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素？
(2)请说出你的依据。
1．光谱的分类
2．光谱分析
(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g。
(2)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。
3．巴耳末公式
(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：＝R∞，n＝3，4，5…，该公式称为巴耳末公式。
(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值。
4．其他谱线
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。
【例1】　氢原子光谱巴耳末系最短波长与最长波长之比为(　　)
A．　　　B．　　　C．　　　D．
巴耳末公式的两点提醒
(1)巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。
(2)公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用。
[跟进训练]
1．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(　　)
A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱
B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
2．(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式＝R∞，n＝3，4，5…，对此，下列说法正确的是(　　)
A．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C．巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式
D．巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的
玻尔原子理论的基本假设
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？
(2)跃迁与电离对光子的能量有什么要求？
1．轨道量子化
轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。
氢原子各条可能轨道上的半径rn＝n2r1(n＝1，2，3…)，其中n是正整数，r1是离核最近的可能轨道的半径，r1＝0.53×10－10 m。其余可能的轨道半径还有0.212 nm、0.477 nm…，不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。
2．能量量子化
(1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，其能级公式En＝E1(n＝1，2，3…)
其中E1代表氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值，E1＝－13.6 eV。n是正整数，称为量子数。量子数n越大，表示能级越高。
(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
3．跃迁
原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)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，高能级Em低能级En。
可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。
【例2】　一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中(　　)
A．原子发出一系列频率的光子
B．原子要吸收一系列频率的光子
C．原子要吸收某一频率的光子
D．原子要辐射某一频率的光子
解决玻尔原子模型问题的四个关键
(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，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小。
[跟进训练]
3．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n＝2，3…，用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为(　　)
A．－　　B．－　　C．－　　D．－
对氢原子的能级结构和跃迁问题的理解
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？
(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？
1．对能级图的理解
(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。
(2)作能级图时，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＝C＝。
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＝Em－En(Em、En是始末两个能级且m>n)
能级差越大，放出光子的频率就越高。
4．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－Ek)，就可使原子发生能级跃迁。
【例3】　氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量范围为1.62～3.11 eV。下列说法正确的是(　　)
A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光中一定包含可见光
C．大量处于n＝2能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光子能量较大，有明显的热效应
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，只可能发出3种不同频率的光
能级跃迁规律
大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射种频率的光子。一个处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n－1)种频率的光子。
【一题多变】　如果只有一个处于n＝5激发态的氢原子向n＝2的激发态跃迁，最多可有几种频率的光子？
[跟进训练]
4．(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是(　　)
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10 eV的光子照射
1．物理观念：光谱、连续谱、线状谱、能级、跃迁、轨道量子化、定态、电子云。
2．科学思维：氢原子光谱的实验规律分析、玻尔原子模型的理解与能级图的应用。
3．科学方法：假设法、实验法、图像法、模型法等。
1．(多选)白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续谱线，下列说法正确的是(　　)
A．棱镜使光谱加了颜色
B．白光是由各种颜色的光组成的
C．棱镜对各种颜色光的偏折不同
D．发光物质发出了在可见光区的各种频率的光
2．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱
B．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C．气体发出的光只能产生明线光谱
D．在一定条件下气体也可以产生连续光谱
3．(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．原子内电子的可能轨道是不连续的
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
4．(多选)一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1＞ν2＞ν3，则(　　)
A．被氢原子吸收的光子的能量为hν1
B．被氢原子吸收的光子的能量为hν2
C．ν1＝ν2＋ν3
D．ν3＝ν1＋ν2
5．(思维拓展)已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于n＝4能级状态，则：
问题探究：(1)氢原子可能辐射几种频率的光子？
(2)其中有几种频率的辐射光子能使金属钙发生光电效应？
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